[發明專利]一種擺式陀螺尋北儀緯度自測算與精度自動補償方法

有效

• 申請號: 201210134928.X
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103376098A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 周召發;張志利;郭曉松;常振軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程學院
• 主分類號: G01C19/02
• 分類號: G01C19/02;G01C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于地球物理、大地測量學、自主定向技術領域，涉及到擺式陀螺尋北儀測定緯度和精度自動補償方法。

背景技術

擺式陀螺尋北儀作為一種經典的方位基準快速測量設備，被廣泛應用于大地測量、勘探、建筑、航空、航天等眾多領域。基于擺式陀螺尋北過程的運動軌跡已提出很多種尋北方法，如積分法、中天法、時差法、逆轉點法等等，按照懸帶受扭和不受扭狀態，可以將這些尋北方法分為跟蹤法和不跟蹤法兩類，其中不跟蹤法尋北操作簡單，避免了跟蹤操作帶來的誤差，在高精度尋北設備中應用較為廣泛。在一般的尋北方法中，通常需要輸入測點的地理緯度，才能完成對扭力零位偏差的補償，而地理緯度需要提前測量，增加了設備和操作，而且不一定能保證精度。關于利用擺式陀螺尋北儀自身測量地理緯度，長安大學發明了一種利用周期測算測站緯度的方法(201010215825.7)，公式為：其中：H為陀螺轉子角動量，T為跟蹤狀態下的擺動周期，G為陀螺靈敏部重力，l為陀螺靈敏部重心至懸掛點距離，ω_e為地球自轉角速度，為測站地理緯度。該方法限于跟蹤狀態下的緯度求解，并未涉及不跟蹤尋北方法以及對尋北結果的精度補償方法，而且需對陀螺參數逐個標定。

另外在擺式陀螺尋北儀的不跟蹤測量過程中，往往懸帶的扭力零位偏離真北方向一個角度，在扭力力矩和指向力矩的共同作用下，陀螺旋轉軸的擺動中心即平衡位置處于扭力零位和真北方向之間，扭力零位至平衡位置的夾角和扭力零位至真北的夾角之間的轉換就是由定向系數來完成，即通過定向系數的修正可以由平衡位置的角度求得真北方向的角度，從而完成尋北。但在實際測量時，定向系數與地球自轉角速度、地理緯度、陀螺轉子角動量和懸掛帶扭矩系數等儀器參數密不可分，在進行高精度測量時，不同地點需重新標定系數，且標定時間較長。

發明內容

針對上述現有技術狀況，本發明的目的在于：提供一種不需要測前輸入緯度，可獨立測算緯度并修正偏差的利用擺式陀螺尋北儀自測算地理緯度，并直接計算定向系數，完成對扭力零位偏離真北帶來的偏差進行精度補償。

高速旋轉的陀螺由于受到地球自轉及重力的影響，會使陀螺旋轉軸產生在子午線方向左右擺動的效應，在不跟蹤狀態下，考慮和不考慮阻尼的陀螺旋轉軸進動方程分別為：

1、不考慮阻尼下的進動方程：

其中H為陀螺轉子角動量，T為不跟蹤狀態下的擺動周期，mg為陀螺靈敏部受到的重力，l為陀螺靈敏部重心至懸掛點距離，ω_e為地球自轉角速度，ω_e＝0.0000725弧度/秒，為測站地理緯度，D_B為懸帶扭矩系數，α_K為懸帶扭力零位至擺動平衡位置夾角。可以化簡整理為：

α··+k2α-mglDBH2αK=0β··+k2(β-β*)=0]]>

其中：

陀螺旋轉軸擺動的圓頻率；

橢圓運動軌跡的中心偏離水平面的角度，稱為補償角。可以解出陀螺旋轉軸的水平擺動為：