[發明專利]一種基于靜態力矩模式陀螺全站儀的逐次多位置尋北測量方法

有效

• 申請號: 201510218125.6
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104833348B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 楊志強;田鎮;張喆
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01C17/00
• 分類號: G01C17/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 王芳

技術領域

本發明涉及一種基于靜態力矩模式陀螺全站儀的逐次多位置尋北測量方法。該方法可廣泛應用于靜態模式下的各類陀螺全站儀構建及隧道、巷道、引水隧洞等工程的貫通測量領域。

背景技術

陀螺全站儀是一種可以獨立、精確確定地球上任意點真北方向的定向儀器，其測量原理為通過高速旋轉陀螺敏感地球自轉角動量。可應用于貫通導線測量誤差積累改正、初始方位標校等，主要應用于公路鐵路隧道、煤礦巷道、引水隧洞的貫通測量，導航設備標校，火箭、導彈等武器發射系統定向。

在工程中應用廣泛的陀螺全站儀為懸掛式陀螺儀，采用懸掛帶對陀螺靈敏部進行支承。目前，懸掛式陀螺儀尋北方法多采用人工或者電子設備觀測陀螺旋轉軸自由擺動曲線，以此來確定陀螺的動平衡位置，要等待陀螺的動平衡位置相對穩定后，才能進行觀測、數據采集，即在陀螺馬達轉子達到額定轉速，處于平衡穩定狀態后，在此單一平衡位置下通過中天法、逆轉點法、積分法等進行觀測。該單一平衡位置下的尋北雖然能夠相對準確地測定真北方位，但由于部分系統性誤差的影響，例如陀螺水平測角系統的偏心誤差，系統的常數漂移誤差等等，會對陀螺定向成果產生影響，降低其測量精度。這些系統誤差在短期時間或單次測量中表現出系統性，而在長期使用或多次測量間則表現出偶然性。而傳統懸掛式陀螺全站儀由于陀螺的動平衡位置穩定時間較長，如果進行兩個位置的數據采集比較消耗時間。同時，由于懸掛式陀螺結構設計，其對架設方位要求較為嚴格，比如要求北向標識在正北方向(-10°,+10°)范圍內，不能大角度旋轉，如果超出這個范圍后陀螺全站儀不能正常工作，需要進行人工調整。

綜上，造成了傳統的陀螺尋北方法尋北時間長、數據穩定性差、效率低等問題，在存在外界干擾情況下，定向效果更差。

發明內容

本發明基于靜態力矩模式陀螺全站儀，提出了一種逐次多位置尋北測量方法，它解決了傳統陀螺尋北方法初始架設方位要求嚴格、尋北時間長、數據穩定性差、效率低等技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采取如下的技術解決方案：

一種基于靜態力矩模式陀螺全站儀的逐次多位置尋北測量方法，包括如下步驟：

一、安置儀器：在測站點安置基于靜態模式尋北的陀螺全站儀，使北向標識位于真北方向(-90°，+90°)區間內，調整并對中；

二、陀螺定向測量：

a.啟動馬達啟動加速模塊、盤位轉換模塊，使陀螺馬達旋轉軸方向對準陀螺儀測角裝置中的電子度盤零刻度線方向；

b.第一位置尋北測量：依次啟動支承解鎖模塊、電流及光電信號采集模塊，得到多組電流數據以及光電信號數據；根據電流數據計算得到陀螺靈敏部力矩值，并根據光電信號數據以及反射光線與入射光線的位置，計算陀螺靈敏部的角度位移量；啟動穩定檢測模塊，如果陀螺靈敏部處于非穩定狀態，則啟動力矩反饋控制模塊使得陀螺靈敏部穩定，然后啟動支承鎖定模塊；根據采集的電流數據，計算陀螺靈敏部力矩值；

c.根據陀螺靈敏部力矩值，計算得到電子度盤零刻度線方向偏離真北方向夾角∠NOR；啟動盤位轉換模塊使陀螺馬達向真北方向旋轉角度∠NOR到達第二位置；

d.重復執行步驟b、c，依次到達第三位置、……、第m位置；分別將第m和第m-1位置對應的夾角∠NOR求差值，如果差值小于閾值，則執行步驟e；

e.第m位置尋北測量：

執行步驟b、c，得到電子度盤零刻度線方向偏離真北方向夾角∠NOR；

三、照準系統方向觀測：

a.使望遠鏡照準目標，記錄照準測線方向與電子度盤零刻度線方向之間的夾角∠MOC_A；

b.再將望遠鏡在豎直方向與水平方向分別旋轉180度，然后調節望遠鏡照準測線方向，記錄照準測線方向與電子度盤零刻度線方向之間的夾角∠MOC_B；完成一次目標照準；

c.再次將望遠鏡在豎直方向與水平方向分別旋轉180度，重復a、b步驟分別獲得照準測線方向與電子度盤零刻度線方向之間的夾角∠MOC_C、∠MOC_D，至此照準系統完成第二次目標照準；計算兩次目標照準的平均值∠MOC；

四、尋北結果計算：

計算測線的真北方位角A：

A＝∠MOC+∠NOR+∠ROM

其中，∠ROM為陀螺尋北方向與電子度盤的零刻度線的夾角。