Hasan Mayditia.
Gunawan S.
Prabowo Mechatronics Division.
Indonesian Space and Aeronautics Institute.
LAPAN Email: mayditia@lapan.
ABSTRACT
Bias instability .
rift or offse.
is one of the m e a s u r e m e n t deviations .
which must be found in the inertial sensors such as rate-gyro.
This error value will be different from one to another, so the direct measurements to each sensor have to be The aim of this is to get some units with the best performance.
These bias measurements have been done to all six units of the sensor using the earth rotation as Furthermore, four unit sensors have been selected from six to be used in LAPAN-A2 satellite.
Keywords: Bias drift.
Earth rotation.
Data resolution.
Data Acquisition ABSTRAK Bias instability .
rift a t a u offse.
m e r u p a k a n salah satu jenis deviasi .
pengukuran yang pasti ditemukan di dalam sensor-sensor inersial seperti halnya rategyro.
Nilai error ini berbeda u n t u k setiap unit sensor, sehingga p e n g u k u r a n nilai bias untuk masing-masing unit h a r u s dilakukan.
Ini dilakukan u n t u k memperoleh unitunit sensor dengan performa yang terbaik.
Pengukuran nilai error bias .
telah dilakukan p a d a keenam u n i t sensor gyro .
ipe uFORS-.
dengan memanfaatkan pergerakan rotasi bumi sebagai nilai referensi.
Empat dari e n a m unit sensor gyro telah dipilih u n t u k selanjutnya digunakan d a n diterbangkan pada satelit LAPAN-A2.
Kata Kunci : Bias drift.
Rotasi bumi.
Resolusi data.
Akuisisi data
PBNDAHULUAN
Bias fluktuasi nilai p e n g u k u r a n kecepatan sudut yang terjadi pada temperatur k a r e n a data tersebut a k a n sangat dipengaruhi oleh error random walk.
Random walk dapat didefinisikan sebagai mlai standar deviasi d a n output kenaikan konstan ketika sensor gyro dalam keadaan tidak berotasi .
= .
a t a u berotasi dengan kecepatan konstan .
o = konsta.
yang diketahui.
Bias pada pengukuran ini sering juga disebut bias drift a t a u bias offset.
Nilai error bias berbeda u n t u k setiap unit sensor.
Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, a n t a r a lain:
A error p a d a kalibrasi.
variasi bias terhadap temperatur.
A switch-on to switch-on.
A mechanical miss-alignment.
*<*>*&* f u n 8 s i d a r i P e r i o d e Sehingga, m e r u p a k a n sifat terakumulasi dari data p e n g u k u r a n sensor, d a n tidak diketahui J i k a h a n y a dengan data tunggal.
U n t u k da P a t m e n g u k u r nilai bias, a ^ 1 3 1 data d a l a m selanS w a k t u ^8 P^jang dibandingkan dengan data referensi yang telah diketahui.
Ketika waktu p e n g u k u r a n bias yang lebih baik a k a n 2 DASAR TEORI DAN uFORS-4 Penentuan error bias tidak dapat dilakukan dengan d a t a yang diambil dalam w a k t u singkat (< 1 meni.
oleh Gyro uFORS-4 m e r u p a k a n sensor gyro satu s u m b u (Gambar 2-.
dengan kontruksi lilitan serat optik sebagai medium pendeteksi kecepatan sudut.
Sensor ini bekerja dengan prinsip efek Sagnac, dimana cahaya koheren .
dibagi menjadi d u a dengan m e n g g u n a k a n beam splitter sehingga m e r a m b a t berlawanan a r a h pada lilitan serat optik.
Ketika sensor mengalami gerak rotasi p a d a s u m b u sensitifnya, setengah bagian dari cahaya yang terbagi tersebut a k a n m e r a m b a t lebih j a u h dari setengah bagian lainnya relatif t e r h a d a p pengamat di luar lilitan serat Kedua cahaya tersebut a k a n ditangkap oleh s e b u a h foto-detektor, t e r h a d a p perbedaan fasa di a n t a r a k e d u a cahaya koheren tersebut.
Beda fasa yang t e r u k u r a k a n sebanding dengan kecepatan rotasi yang dialami oleh sistem lilitan itu.
"tight hand thumb rule' Input Axis G a m b a r 2 - 1 : Nilai s u d u t positif p a d a s u m b u rotasi u-FORS-4 Konfigurasi format data d a n resolusi p e n g u k u r a n dari gyro u.
FORS-4
dapat disesuaikan dengan k e b u t u h a n Adapun konfigurasi nFORS-4 yang digunakan dalam LAPAN-A2 adalah s a m a seperti p a d a LAPAN-TUBSAT, a n t a r a lain:
A Mode Angle Increment:
HFORS-4
p e r u b a h a n s u d u t u n t u k setiap data yang diminta A Interface komunikasi:
Asynchkronous RS422, baud-rate 76800 bps.
Odd parity, 1 bit-stop, d a n Hardware Trigger u n t u k request data - Resolusi data: 16 bit .
Byt.
- Rentang pengukuran: A 8A - Resolusi pengukuran .
ari poin 2 d a n .
: 16A / 65536 = 0.
000244A/bit Dari keterangan di a t a s , diperoleh bahwa nFORS-4 ini memiliki interface asynchronous yang beroperasi dalam mode Hardware Trigger.
Dalam hal ini, pengguna .
ost syste.
, h a r u s memberikan d u a sinyal diskrit.
TRIG A d a n TRIG B, u n t u k inisialisasi transfer data ditunjukan dalam Gambar 2-2.
Transfer dari blok data a k a n dimulai setelah 30 s.
d 70 us setelah b a t a s tepi t u r u n .
alling edg.
dari sinyal trigger (TRIG A) p a d a s a a t ^FORS-4 beroperasi, system host h a r u s menjaga line data receive dari interface asynkronous (ASYNC RxA.
ASYNC RxB) p a d a kondisi logika " 1 " a t a u kondisi impedansi tinggi.
Line transmit h a r u s tetap dalam logika " 1 " (ASYNC TxA = high terhadap ASYNC TxB) setelah transmisi d a t a request Interface koneksi dari nFORS-4 diberikan dalam Tabel 2 - 1 .
sekitar 23 j a m : 56 Menit : 4.
1 detik a t a u sehingga nilai kecepatan s u d u t n y a adalah COB = 360A/86164.
1 = 0.
0042A/s = 15.
041A/jam .
Gambar 2-3: Lokasi pin-pin dari .
FORS-4 S t r u k t u r data d a n perhitungan nilai s u d u t hasil p e n g u k u r a n bergantung p a d a resolusi bit data yang Dalam hal ini resolusi data yang dipilih a d a l a h 16 bit .
, m a k a data yang a k a n dikirim oleh jiFORS sebanyak 4 byte, a n t a r a lain, d u a byte data sudut, satu byte status, dan satu byte checksum seperti ditunjukkan dalam Gambar 2-4.
3 PENGUKURAN NILAI BIAS MENGGUNAKAN ROTASI BUMI
FORS-4 memiliki sensitivitas s u d u t yang sangat tinggi.
Dalam hal ini, dengan resolusi 16 bit d a n rentang p e n g u k u r a n A 8A diperoleh nilai p e r u b a h a n s u d u t minimum yang m a m p u diukur adalah 000244A.
Kuantisasi dari pembacaan data s u d u t u n t u k tiap detiknya adalah .
44xl0- 4 )A, sehingga kuantisasi pengukuran kecepatan s u d u t yang dapat diukur adalah %_mm=.
0/s (.
A/ja.
pada sampling rate 4 Hz .
Sehingga sensor ini dapat digunakan pula u n t u k m e n g u k u r kecepatan rotasi dari b u m i p a d a posisi tertentu.
Pada Gambar ilustrasi dari rotasi b u m i p a d a s u m b u putarnya (COB).
Periode waktu yang dibutuhkan u n t u k s a t u rotasi p e n u h didefinisikan sebagai s a t u hari a t a u Gambar 3-1: Ilustrasi dari rotasi bumi d a n beberapa projeksi di permukaan bumi Untuk kecepatan rotasi di beberapa lokasi d a n orientasi di p e r m u k a a n bumi, dapat diperoleh dengan mencari komponen vektor .
dari kecepatan s u d u t yang bersesuaian dengan a r a h vektor rotasi bumi.
Besar vektor tersebut bergantung dari posisi di p e r m u k a a n bumi a t a u bergantung langsung p a d a posisi latitudenya.
Sebagai contoh, u n t u k proyeksi vektor COB p a d a posisi normal terhadap Universitas Teknik Berlin (TUBerlin/fi>Ein/B), dapat dituliskan COEITVB = COB A s i n a .
= .
041o/h.
Sin 52.
= 11.
9 A / h r dengan a adalah posisi latitude dari TUBerlin.
Nilai COBITUB ini dapat dijadikan nilai referensi d a n a k a n t e r u k u r oleh .
FORS-4 sebagai nilai kecepatan s u d u t sehingga s u m b u rotasi sensor berhimpit dengan s u m b u normal b u m i seperti ditunjukkan dalam Gambar 3 - 1 .
Nilai ini dapat dikatakan sesuai u n t u k pengukuran FORS-4, oleh k a r e n a nilai COBITUB m a s i h j a u h lebih besar dibanding dengan nilai yang digunakan adalah 250 ms selama selang waktu tidak kurang dari s a t u j a m p a d a temperatur r u a n g k o n s t a n .
Selain itu pengamatan juga dilakukan t e r h a d a p konsumsi daya dari masing-masing u n i t .
FORS-4.
Hasil-hasil diberikan dalam bentuk data tabel, grafik, d a n perhitungan nilai bias drift.
kuantisasi minimum kecepatan s u d u t yang dapat diukur oleh nFORS-4.
Dengan cara yang sama, nilai referensi Ini p u n dapat diperoleh di LAB Mekatronika.
Rancabungur terhadap p e r m u k a a n b u m i (OEIRB = G>E .
Sin /? .
= .
041A/h.
Sin (-6.
= -1.
65574 A / h r dengan /? adalah posisi posisi latitude dari LAB Mekatronika.
Rancabungur.
Besar nilai \COEIRB\ < |<Wg_m.
sehingga tidak dapat digunakan sebagai referensi dalam p e n g u k u r a n nilai bias Oleh sebab itu, h a r u s dipertimbangkan mencari nilai referensi.
Dengan gyro normal terhadap p e r m u k a a n bumi, yang m e r u p a k a n cara paling m u d a h , dengan asumsi bahwa permukaan normal yang digunakan u n t u k m e n e m p a t k a n gyro telah diukur dengan baik sehingga vektor normalnya berhimpit dengan vektor normal p e r m u k a a n bumi.
Selain itu, metode lainnya adalah dengan memposisikan s u m b u rotasi gyro parallel terhadap s u m b u rotasi bumi.
Namun COE//RB dapat didefinisikan sebagai besar oleh k a r e n a posisi Rancabungur.
Bogor vektor kecepatan rotasi b u m i tegak lurus tidak tepat tegak lurus dengan s u m b u vektor normal b u m i p a d a a r a h u t a r a .
rotasi bumi, m a k a perlu diperhitungkan Nilai ini sebagai nilai komponen proyeksi COE (COE//RB) referensi p a d a p e n g u k u r a n nilai bias dari uFORS-4.
SN: 2519
(Rotasi Positi.
Temperature:
26 AC
Power Consumption:
435 Watt
Time
Actual
11:22:00
11:32:00
11:54:00
12:05:00
12:17:00
12:22:00
Measured Angular R a t e : 1 4 .
0 9 8 A / h r Bias error:
- 0.
852A/hr SN: 2519 (Rotasi Negati.
Temperature:
26 AC
Power Consumption:
435 Watt
Time
Actual
HASIL DAN ANALISIS
Pengukuran nilai bias drift dengan menggunakan referensi rotasi bumi telah dilakukan terhadap keenam unit gyro nFORS-4.
Pengetesan dilakukan pada masing-masing u n i t u n t u k s u m b u rotasi positif d a n negatif.
Sampling rate
Angle
Second
12:23:00
Second
Angle
12:33:00
12:43:00
12:58:00
13:09:00
13:23:00
Time (Secon.
Measured Angular Rate: - 1 8 .
5 3 8 A / h r Bias error:
588A/hr Dari d a t a hasil p e n g u k u r a n tersebut, diperoleh grafik linier d a n fungsi hasil interpolasi yang bersesuaian.
Dari grafik d a n fungsi tersebut diperoleh nilai kecepatan s u d u t hasil p e n g u k u r a n yang selanjutnya dibandingkan dengan nilai referensi dari perhitungan rotasi Dari hasil fungsi interpolasi, diperoleh nilai-nilai ketidakstabilan bias seperti diberikan p a d a Tabel 4 - 1 .
T a b e l 4 - 1 : DATA HASIL PENGUKURAN NILAI BIAS DRIFT MASINGMASING UNIT SENSOR
FORS-
4-SN:
Power Consumption (Wat.
Bias Error (A/h.
Positive Negative - 0.
- 0.
- 1.
- 0.
- 0.
- 0.
- 0.
- 3.
Metode ini s e d e r h a n a d a n praktis, n a m u n tetap memperhatikan keakuratan dalam p e n g u k u r a n u n t u k m e n e n t u k a n nilai error bias sensor jiFORS-4.
Rotasi b u m i yang diambil sebagai referensi, memberikan k e u n t u n g a n dalam hal stabilitas kecepatan rotasi setiap saat, dimana perhitungan t e r h a d a p nilai eksaknya menjadi faktor p e n e n t u u t a m a terhadap kesesuaian nilai yang diperoleh.
Dari Tabel 4-1 di atas dapat dilihat bahwa ke e n a m u n i t nFORS-4 telah m e m e n u h i persyaratan yang diberikan oleh vendor, yaitu d e n g a n toleransi konsumsi daya .
1 - 2.
36 ) Watt d a n toleransi p a d a nilai bias drift (-6.
A/Jam.
KESIMPULAN
Dari analisis di atas m a k a rekomendasi t e r h a d a p pemilihan gyro nFORS-4 yang a k a n digunakan p a d a satelit LAPAN-A2 d a p a t diberikan.
Dari ke enam u n i t sensor .
FORS-4 yang sebaiknya dipilih a n t a r a lain u n i t bernomor seri 2572, ketidakstabilan bias terkecil.
DAFTAR RUJUKAN
Draft of LAPAN - TUBSAT Technical Documentation.
Microsatellite Surveillance.
J u n i , 2 0 0 5 .
LITEF GmbH: jxFORS User Manual.
Doc No.
140650-2000-311 Rev d.
2 0 0 7 .
Mayditia.
Hasan.
Technical Documentation:
Functional Acceptance Test for nFORS-4 Fiber Optic Gyro.
Doc No.
LFORS-04-TDD01.