[發明專利]一種利用擺式陀螺儀測量地球自轉角速度的方法有效

申請號：	201010215824.2	申請日：	2010-07-02
公開（公告）號：	CN101937007A	公開（公告）日：	2011-01-05
發明（設計）人：	楊志強;石震;王騰軍;姜剛	申請（專利權）人：	長安大學
主分類號：	G01P9/00	分類號：	G01P9/00
代理公司：	西安恒泰知識產權代理事務所 61216	代理人：	李鄭建
地址：	710064***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種利用擺式陀螺儀測量地球自轉角速度方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于地球物理、大地測量學、慣性導航技術領域，具體涉及一種測定地球自轉角速度的方法，特別是一種利用擺式陀螺儀測量地球自轉角速度的方法。本發明可以廣泛應用于航空、航天、全球板塊運動監測、深空探測研究等領域。?

背景技術

地球本身由于其內部物質流分布的不均勻造成其自轉的角速度不停的發生微小的變化，而地球角速度的變化也引起了每日日長的變化，因此，準確地測量地球自轉角速度的變化對于航空、航天、地球物理學的研究都有著重要的實際意義和應用價值。?

自20世紀70年代以來，人們采用多種觀測技術對地球自轉角速度進行測量，如VLBI技術、SLR技術以及GPS技術等，而這些技術大多需要大范圍的地空聯測，所需的設備造價昂貴，且獲取觀測數據的周期較長，數據后處理過程復雜。?

發明內容

針對目前采用的測量地球自轉角速度技術的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種利用擺式陀螺儀測定地球自轉角速度的方法，該方法簡單易行，不需要大范圍的地空聯測，可以獨立進行地球自轉角速度測量，且后期數據處理速度較快，可實時監測地球自轉角速度的變化。?

為了達到上述目的，本發明采用如下技術解決方案：?

一種利用擺式陀螺儀測量地球自轉角速度的方法，具體包括以下步驟：

步驟一，將擺式陀螺儀安置于某測站點；

擺式陀螺儀包括外部殼體、懸掛帶、陀螺馬達房、陀螺馬達、陀螺旋轉軸；所述懸掛帶的上端與外部殼體內部正上方中心相連，懸掛帶的下端與所述陀螺馬達房相連，該陀螺馬達房通過懸掛帶懸掛于外部殼體的內部，陀螺馬達房內置所述陀螺馬達，該陀螺馬達通過陀螺馬達軸與陀螺馬達房相連；所述外部殼體上設有北向標識，所述北向標識的標示方向為所述陀螺旋轉軸所指的正向方向；

所述的擺式陀螺儀還包括外部殼體內部的第一光電傳感器、第一計數器、第一反射鏡、第二反射鏡、計時器、第二計數器、第二光電傳感器；所述計時器位于陀螺馬達房的正下方，所述第一反射鏡和第二反射鏡安裝在所述陀螺馬達房外部左右兩端的對稱位置，所述第一光電傳感器與第二光電傳感器對稱安置于外部殼體下方的內壁上，所述第一反射鏡的反射面與所述第一光電傳感器的發射/接收表面正對，所述第二反射鏡的反射面與所述第二光電傳感器的發射/接收表面正對；第一光電傳感器與第二光電傳感器分別連接到計時器；所述第一光電傳感器下方連接有第一計數器，所述第一計數器的輸出端連接到計時器，該第一計數器用于記錄第一光電傳感器的感應次數并將信號傳遞給計時器；第二光電傳感器下方連接有第二計數器，所述第二計數器的輸出端連接到計時器，該第二計數器用于記錄第二光電傳感2的感應次數并將信號傳遞給計時器；外部殼體上設置有數據傳輸口，所述計時器通過所述數據傳輸口與外部計算機連接通信。

步驟二，測量擺式陀螺儀的擺動周期?；?

步驟三，測量測站點的地理緯度；?????????

步驟四，外部計算機根據得到的擺式陀螺儀的擺動周期和測站點的地理緯度，利用公式1計算地球自轉角速度ω_e：

????????????????（公式1）

其中，為陀螺的角動量，為陀螺靈敏部受到的重力，為陀螺靈敏部重心到懸掛點的距離，ω_e為地球自轉角速度，為測站點地理緯度。

本發明的理論根據如下：

高速旋轉的陀螺由于受到地球自轉因素的影響，會使陀螺旋轉軸產生在子午線方向左右擺動的效應，陀螺旋轉軸的擺動周期為：

?????????????（公式3）

其中，為陀螺的角動量，為陀螺靈敏部受到的重力，為陀螺靈敏部重心到懸掛點的距離，ω_e為地球自轉角速度，為測站點地理緯度。其中，陀螺的角動量，陀螺靈敏部受到的重力以及陀螺靈敏部重心到懸掛點的距離的值在陀螺儀出廠時已經作為已知參量確定。

上述懸掛點是指懸掛帶與外部殼體所連接的點，陀螺靈敏部包括懸掛帶、陀螺馬達房、陀螺馬達、第一反射鏡、第二反射鏡。?

由公式3可得到地球自轉角速度ω_e：?

???????????????（公式1）