[發明專利]一種利用光纖陀螺測定地理緯度的方法

有效

• 申請號: 201510030921.7
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104655095B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 石震;楊志強;馬驥
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 李婷

1.一種利用光纖陀螺測定地理緯度的方法，其特征在于：該方法通過帶有三軸正交光纖陀螺的光纖陀螺儀來測定地理緯度；

所述的帶有三軸正交光纖陀螺的光纖陀螺儀由照準系統(001)、陀螺儀外殼(002)、光纖陀螺元件(003)、水平轉盤(004)、旋轉電機系統(005)、陀螺儀測角系統(006)、調平裝置(007)和激光對中系統(008)構成；

所述的照準系統(001)安置于陀螺儀外殼(002)上方，通過連接盤(4)連接，光纖陀螺元件(003)、水平轉盤(004)、旋轉電機系統(005)、陀螺儀測角系統(006)、激光對中系統(008)構成陀螺儀系統，陀螺儀系統的內部元件均安置在陀螺儀外殼(002)內部，調平裝置(007)安置在陀螺儀底部；

所述的照準系統(001)包括上對中支架、望遠鏡、照準系統測角裝置，其中，上對中支架安置在照準系統(001)頂端，呈門形結構，其中心位置設有上對中標識，用垂球法進行上對中；望遠鏡在豎直面內繞軸HH自由旋轉，水平面內繞軸VV旋轉，用于精確瞄準目標；照準系統測角裝置安置在照準系統(001)下方，利用望遠鏡瞄準目標，通過照準系統測角裝置準確測定目標與度盤零刻度之間的水平夾角；

照準系統(001)通過連接盤(4)與下方的陀螺儀系統相連接，形成同基座的一體化結構；陀螺儀系統外部有金屬材料制成的陀螺儀外殼(002)包裹，用于保護陀螺儀內部元件，陀螺儀外殼(002)上平面安裝有陀螺儀水準管(5)；陀螺儀系統中，旋轉電機系統(005)固定在陀螺儀系統中央，其驅動電機旋轉軸(17)位于軸VV上；旋轉電機系統(005)上方固聯一水平轉盤(004)，水平轉盤(004)中點位于軸VV上，且水平轉盤(004)平面嚴格垂直于軸VV；水平轉盤(004)上安裝光纖陀螺元件(003)；旋轉電機系統(005)軸線下方固定陀螺儀測角系統(006)，陀螺儀測角系統(006)的光柵碼盤(21)中心過軸VV，且光柵碼盤(21)平面嚴格垂直于軸VV；陀螺儀系統底部安置激光對中系統(008)，激光發射器(24)發射的射線與軸VV重合，穿過下對中通光孔(25)實現儀器的下對中；調平裝置(007)安裝在陀螺儀系統底部，用于整平儀器；水平轉盤(004)、旋轉電機系統(005)和陀螺儀測角系統(006)組成一個共軸式轉動系統，陀螺儀工作時，旋轉電機系統(005)為水平轉盤(004)提供動力，帶動光纖陀螺元件(003)和陀螺儀測角系統(006)繞軸VV在水平方向旋轉；

所述的旋轉電機系統(005)由驅動電機(11)、電機轉子(12)、旋轉電機渦輪(13)、步進電機(14)、步進電機齒輪(15)、旋轉定位裝置(16)、驅動電機旋轉軸(17)、深溝球滾動軸承(18)和電源電纜接口(19)構成，驅動電機(11)位于陀螺儀系統中心，其平面保持水平；驅動電機旋轉軸(17)與軸VV重合，驅動電機旋轉軸(17)下端采用深溝球滾動軸承(18)作為輔助支撐，提高整個軸系地精度和可靠性；驅動電機(11)的電機轉子(12)外部安裝旋轉電機渦輪(13)，步進電機(14)安裝在驅動電機(11)旁側，與驅動電機(11)相連，步進電機齒輪(15)與旋轉電機渦輪(13)相咬合；旋轉電機渦輪(13)下端安置有旋轉定位裝置(16)，用于鎖定旋轉電機渦輪(13)轉位；外殼(6)設有電源電纜接口(19)，為陀螺儀系統提供電源；

所述的光纖陀螺元件(003)包括三軸正交光纖陀螺(7)、加速度計(9)以及溫度控制及補償裝置(8)，這些元件均安置在與旋轉電機系統(005)固聯的水平托盤(10)上；其中，三軸正交光纖陀螺(7)安裝在水平托盤(10)中心，其中兩個光纖陀螺敏感線圈軸線與水平托盤(10)平面平行，并與軸VV正交，另一個光纖陀螺敏感線圈軸線垂直于水平托盤(10)平面；加速度計(9)安裝在水平托盤(10)上，加速度計(9)敏感軸與水平托盤(10)平面平行，且與光纖陀螺輸入軸方向正交，用于測量運載體線加速度；水平托盤(10)上安置有溫度控制及補償裝置(8)，用于對受到溫度變化影響的調制相位進行控制和補償改正，從而提高解算地球自轉參數的精度；

所述的陀螺儀測角系統(006)由光柵碼盤(21)、電子測角裝置(20)組成，光柵碼盤(21)固聯在驅動電機旋轉軸(17)下端，可由旋轉電機系統(005)帶動繞軸VV旋轉；電子測角裝置(20)位于光柵碼盤(21)上方，用于檢測主軸回轉的角位移量信號；

所述的調平裝置(007)安置在陀螺儀下方，由三個均布的腳螺旋(22)構成，使用儀器測量地球自轉參數時，通過調節三個腳螺旋(22)使陀螺儀水準管(5)氣泡居中，確保整個共軸式轉動系統處于水平面；

該方法的具體步驟為：

步驟一，安置儀器：在一條已知測線的其中一個測站點安置光纖陀螺儀，另一測站點安置反射棱鏡，打開光纖陀螺儀，用光纖陀螺儀的照準系統精確瞄準反射棱鏡；

步驟二，輸入起始條件：輸入平均地球自轉角速度ω_e，所瞄準測線的正北方位角α，光纖陀螺的標定因數值k，其中，ω_e＝7.292115147×10^-5rad/s；

步驟三，三軸正交光纖陀螺測定角速率值：啟動光纖陀螺，光纖陀螺X依次在四個轉盤位置0°、90°、180°、270°進行角速率值采樣，得到轉盤位置0°對應的角速率值轉盤位置90°對應的角速率值轉盤位置180°對應的角速率值轉盤位置270°對應的角速率值

步驟四，地球地理緯度解算：采集到的角速率值與光纖陀螺X測定出的地理緯度分量的關系得：

由此計算出該測站點光纖陀螺X測出的緯度值分量光纖陀螺Y和光纖陀螺Z均能夠通過與光纖陀螺X測出的緯度值分量相同的方法解算出相應的緯度值分量和最后將求解出三者的矢量和：

即得到最終的地理緯度值