[實用新型]一種動態旋轉調制的陀螺尋北儀

有效

• 申請號: 201120218577.1
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN202126265U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 白云超;劉思偉;田育民;陳煒;馬小輝;陳曉璧;王華;蔣慶仙;高揚;楊猛
• 申請（專利權）人: 西安測繪研究所
• 主分類號: G01C19/02
• 分類號: G01C19/02;G01C19/04
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李燁

技術領域

發明屬于慣性測量技術或地球物理實驗與儀器領域，主要涉及一種高精度快速陀螺尋北裝置。

背景技術

中國專利申請CN90103687.0公開了我國航空航天部第一設計研究院十五所發明的一種尋北儀。該尋北儀采用安裝在轉臺上的一個撓性陀螺和一個加速度計作為檢測元器件，通過撓性陀螺檢測出地球自轉角速度在多個位置上的分量，結合同一位置的加速度計輸出量，解算出初始位置與北向的夾角。采用步進電機驅動轉臺轉動，實現多測量位置的采樣。在步進電機的驅動中，采用模擬電路板作為步進電機的驅動控制模塊，采用光電脈沖發生器和位置記憶器記錄配合使用，以確定單軸轉臺的零位和其他轉動位置。并且每次尋北時，該尋北儀都要進行零位自動調整，即歸零運行。此外，該尋北儀的零位指示線位于殼體上，因此，大都用于載體自身的尋北，很少用于對目標進行尋北。并且要實現轉位機構控制慣性測量單元在較短的時間內分別停在不同的位置進行數據采集，這在工程實現上較難，因此其尋北時間較長。

中國專利號ZL200610043115.4公開中國兵器工業第二零五研究所發明的一種采用光纖陀螺作為敏感元件的單軸光纖陀螺尋北儀，該尋北儀包括作為敏感元件的單軸光纖陀螺、轉軸、方向指示線、步進電機、單片機、尋北解算計算機，光纖陀螺、方向指示線均固連在轉軸上，步進電機可以帶動轉軸轉動，以此可以獲得光纖陀螺在不同位置的輸出信號，單片機主要完成對轉軸轉動的控制，尋北解算計算機主要完成光纖陀螺儀在四個等間隔位置上輸出數據的采樣，并利用其內置的數學模型對采樣信號進行處理以及解算出尋北結果，它既可以完成單純的尋北功能，也可以完成與目標連線相對于北向的夾角的測量。由于該尋北儀只采樣四個位置的數據，較前一種尋北儀的減少了采樣位置，因此在一定程度上提高了尋北速度。但減少采樣位置，很難達到較高的尋北精度。并且控制陀螺分別停在四個等間隔的不同位置上，再采集陀螺數據，同樣需要花費不少于5分鐘的尋北時間。并且采用方向指示線輸出尋北結果，精度也不會太高，無法與采用光電裝置的專用測角儀——全站儀相提并論。

為了進一步提高尋北精度，縮短尋北時間，近年來興起了一種高精度動態旋轉調制尋北技術。它的基本原理是在計算機控制和電機的帶動下，慣性測量單元(IMU)以恒定的角速度連續旋轉，計算機同時采集陀螺儀敏感軸的數據和加速度計的數據，讀取測角裝置的值作為當前角度，由尋北計算機解算出偏北方位角。該方法可以將陀螺儀的漂移抑制成轉速的倒數倍，并消除了陀螺儀刻度因子對尋北精度的影響，大大提高了同等指標的陀螺儀的尋北精度和速度。

但是國內對連續旋轉調制尋北方法的研究，還處于探索階段，對其原理介紹的較多，而對其進行系統研究的還較少，未見有工程實用化的產品。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用連續旋轉調制捷聯尋北的陀螺尋北儀裝置，以便在載體存在大姿態角的條件下，且無需調平、無需知道測點緯度的情況下實現快速、精確尋北測量，提高測地作業速度。

本發明是這樣實現的：一種動態旋轉調制的陀螺尋北儀，其中，包括：基座、高精度單軸轉臺系統、陀螺儀、加速度計、導電滑環、力矩電機、恒速控制電路、電源轉換/濾波電路、信號調理電路、高速信號采集/處理裝置、高速尋北解算計算機控制顯示裝置；

力矩電機驅動高精度單軸轉臺系統相對基座旋轉；單軸轉臺系統上安裝陀螺儀、加速度計；單軸轉臺系統上安裝的陀螺儀、加速度計通過導電滑環與恒速控制電路、電源轉換/濾波電路、信號調理電路、高速信號采集/處理裝置、高速尋北解算計算機電氣連接。

如上所述的一種動態旋轉調制的陀螺尋北儀，其中，高精度單軸轉臺系統包括：轉臺、精密平面豎軸系、光電圓光柵尺、傳感器支架，傳感器支架和轉臺均固連在豎軸系轉軸上；光電圓光柵尺用于測量轉臺轉過的角度；所述陀螺儀水平安裝在支架安裝孔內，其敏感軸線與轉軸正交，且轉臺過零位時，陀螺測量坐標系x軸方向與光電圓光柵尺讀數頭的零位線相同；所述信號調理電路板、高速尋北解算計算機、信號處理板、電源濾波轉換板、陀螺儀控制驅動電路板分別安裝在單軸轉臺支架的四周；所述導電滑環旋轉部分與所述豎軸系轉軸固連，其固定部分與基座固連；