[發(fā)明專利]一種利用光纖陀螺測(cè)定地理緯度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510030921.7
• 申請(qǐng)日: 2015-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN104655095B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石震;楊志強(qiáng);馬驥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C1/00
• 分類號(hào): G01C1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 李婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天體測(cè)量與天體力學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、大地測(cè)量學(xué)領(lǐng)域，可以用于航空、航天、人造衛(wèi)星精密定軌、深空探測(cè)、全球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)研究等領(lǐng)域，提供一種利用光纖陀螺測(cè)定地理緯度的方法。

背景技術(shù)

由于地球外部的不同天體和地球內(nèi)部物理機(jī)制的影響，導(dǎo)致地球的自轉(zhuǎn)過程是不穩(wěn)定的，通常以地球自轉(zhuǎn)參數(shù)來描述地球的自轉(zhuǎn)狀態(tài)，包括極移和日長變化，其中極移是地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地殼的運(yùn)動(dòng)。地極移動(dòng)后，地面測(cè)站的經(jīng)緯度及方位角皆會(huì)隨之而發(fā)生變化，我們可以通過測(cè)站上緯度觀測(cè)值的變化來推導(dǎo)極移的變化。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量緯度的變化對(duì)于航空、航天、地球物理學(xué)的研究都有著重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

從上世紀(jì)70年代以來，人們開始采用空間大地測(cè)量技術(shù)精確監(jiān)測(cè)地球自轉(zhuǎn)的變化，包括甚長基線干涉測(cè)量技術(shù)VLBI、人造衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)SLR、月球激光測(cè)距技術(shù)LLR、星基多普勒無線電定位技術(shù)DORIS、全球衛(wèi)星定位技術(shù)GNSS等。而這些技術(shù)具有如下共同特點(diǎn)：

第一，觀測(cè)系統(tǒng)龐大，系統(tǒng)建設(shè)十分復(fù)雜，所需設(shè)備昂貴；

第二，需要大范圍的地空聯(lián)測(cè)，且觀測(cè)周期較長，獲取的數(shù)據(jù)量有限；

第三，在成果獲取方面，需要較長的數(shù)據(jù)處理時(shí)間，且成果計(jì)算十分復(fù)雜。

現(xiàn)階段還有一種利用機(jī)械陀螺儀測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的技術(shù)，這種測(cè)定方法，雖然大大縮短了觀測(cè)的時(shí)間，但機(jī)械陀螺容易受到風(fēng)力、震動(dòng)、溫度等因素的影響，從而影響測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種測(cè)量精度更好的測(cè)量方法來測(cè)定地理緯度。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種利用光纖陀螺測(cè)定地理緯度的方法，該方法通過帶有三軸正交光纖陀螺的光纖陀螺儀來測(cè)定地理緯度。

該方法的具體步驟為：

步驟一，安置儀器：在一條已知測(cè)線的其中一個(gè)測(cè)站點(diǎn)安置光纖陀螺儀，另一測(cè)站點(diǎn)安置反射棱鏡，打開光纖陀螺儀，用光纖陀螺儀的照準(zhǔn)系統(tǒng)精確瞄準(zhǔn)反射棱鏡。

步驟二，輸入起始條件：輸入平均地球自轉(zhuǎn)角速度ω_e，所瞄準(zhǔn)測(cè)線的正北方位角α，光纖陀螺的標(biāo)定因數(shù)值k；

其中，ω_e＝7.292115147×10^-5rad/s，α可由已知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得出，k值在儀器出廠時(shí)由生產(chǎn)廠家測(cè)定一般為默認(rèn)固定值；

步驟三，三軸正交光纖陀螺測(cè)定角速率值：啟動(dòng)光纖陀螺，光纖陀螺X依次在四個(gè)轉(zhuǎn)盤位置0°、90°、180°、270°進(jìn)行角速率值采樣，得到對(duì)應(yīng)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(cè)定出的地理緯度分量的關(guān)系可表示為如下方程組：

其中：ω₀為陀螺常值漂移，解此方程組得：

由此可計(jì)算出該測(cè)站點(diǎn)光纖陀螺X測(cè)出的緯度值分量光纖陀螺Y和光纖陀螺Z均可通過與光纖陀螺X測(cè)出的緯度值分量相同的方法解算出相應(yīng)的緯度值分量和最后將求解出三者的矢量和：

即可得到最終的地理緯度值

本發(fā)明提供了一種利用三軸正交的光纖陀螺測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的方法，可根據(jù)光纖陀螺敏感地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原理獲取地面上某一點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)。采用發(fā)明的儀器獲取地球自轉(zhuǎn)參數(shù)可達(dá)到如下工作效果：

(Ⅰ)觀測(cè)的周期較短，可獲取海量觀測(cè)數(shù)據(jù)；

(Ⅱ)解算方法簡便，數(shù)據(jù)處理時(shí)間短；

(Ⅲ)采用正交光纖陀螺進(jìn)行傾斜補(bǔ)償改正，不易受外界環(huán)境干擾，提高解算的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)精度；

(Ⅳ)不需要大范圍地空聯(lián)測(cè)，可以獨(dú)立獲取自求自轉(zhuǎn)參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)提供可能性。

附圖說明

圖1為光纖陀螺Sagnac效應(yīng)原理圖。

圖2為光纖陀螺測(cè)定地理緯度原理圖。

圖3為本發(fā)明的光纖陀螺地球自轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量儀基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的光纖陀螺地球自轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的三軸正交光纖陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的光纖陀螺地球自轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量儀工作程序流程圖。

圖3中各標(biāo)號(hào)含義：001照準(zhǔn)系統(tǒng)；002陀螺儀外殼；003光纖陀螺元件；004水平轉(zhuǎn)盤；005旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)；006陀螺儀測(cè)角系統(tǒng)；007調(diào)平裝置；008激光對(duì)中系統(tǒng)。