[发明专利]双向恒速偏频激光陀螺寻北方法及双向恒速偏频激光陀螺寻北仪

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航设备技术领域，特别是激光陀螺寻北仪技术的改进。

背景技术

激光陀螺现有多种偏频技术用于解决激光陀螺闭锁效应的影响，其效果并不完美。理论上只有“恒速偏频技术”能彻底消除“闭锁”效应的影响，但是工程上无法实现所要求的精确恒速，所以至今国内外仍未攻克“恒速偏频技术”的技术难关。根据相关的文献报道，美国利登公司率先在超高精度的惯性导航系统中应用了“速率偏频技术”的激光陀螺，这种“速率偏频技术”让装载激光陀螺的速率偏频转台在720°角的范围内往返换向转动，约每两秒换向转动一次；它比“机械抖动偏频技术”(约400Hz左右的机抖频率)换向次数少很多，采用特殊精确的换向限位装置，尽量缩短速率偏频转台换向变速过程造成激光陀螺经过锁区的时间，其导航精度得到了明显的提高(大约一个数量级)。这是目前应用的最先进激光陀螺偏频技术。其原理参见图1、图2。

但是，速率偏频技术激光陀螺“闭锁”效应的影响仍然是激光陀螺的主要误差源。

发明内容

本发明目的是在激光陀螺寻北仪中采用“双向恒速偏频技术”，达到完全消除激光陀螺“闭锁”效应造成的误差，从而制造出角秒级的高精度寻北仪。需要克服的技术难题主要包括：1、设计大于360°角的双向恒速偏频转台同步电机换向和限动装置；2、精确控制激光陀螺和加速度计只在偏频转台进入恒速旋转的整360°角区段采样工作，在该区段之外激光陀螺和加速度计处于非工作状态。

具体地说，本发明是按照如下步骤实现：

1.在绕垂直轴(1)旋转的双向恒速偏频转台(2)上，安装一只激光陀螺(3)和一只加速度计(4)，将激光陀螺(3)的敏感轴偏离双向恒速偏频转台旋转平面β角，加速度计(4)的输入轴(5)与偏频转台旋转平面平行，并与激光陀螺敏感轴在偏频转台旋转平面的投影平行。

2.双向恒速偏频转台(2)由带齿轮减速器的同步电机驱动转动，该转台上用一个凸台(6)与基座上安装的拨杆(7)及光电开关(8)控制同步电机的转向，限制拨杆运动的限位销(9)同时作为该转台的限位销，转台的转角被限定为360°+2γ；γ角的大小要保证同步电机换向后达到同步转速。

双向恒速偏频转台(2)与精密测角装置连接，精密测角装置的零位应置于偏频转台两个极限位置中间，即在2γ角的中间位置。

3.双向恒速偏频转台旋转角速度在激光陀螺敏感轴上的分量用于将激光陀螺的工作区域移出闭锁区；旋转角速度又同时对激光陀螺的剩余误差和加速度计的偏置及安装误差进行旋转调制。

4.计算机每个采样周期都采集双向恒速偏频转台测角装置输出的角度α，在激光陀螺采样工作时，用该角度α对激光陀螺和加速度计的输出进行坐标变换。角度α还可以计算角增量Δα(Δα_i＝α_i-α_i-1)，用它可以消除激光陀螺输出中的偏频量(±Δαsinβ)；当Δα发生突变(即0°与360°正反向跳变)时，即认为该转台通过测角装置的零点，此刻发出过零点信号，触发“启动”或“停止”激光陀螺和加速度计的连续采样过程，使计算机每次连续采样过程都在偏频转台恒速转动的整360°范围内，这便保证了激光陀螺是在“双向恒速偏频”状态下工作。

5.双向恒速偏频转台上加速度计的输出经坐标变换和误差旋转调制，能精确计算出寻北仪的姿态角。该姿态角可用于精确调平寻北仪(调平寻北状态)，或者在有姿态角状态下寻北时进行姿态角误差补偿。

实现上述寻北方法的双向恒速偏频激光陀螺寻北仪，其1.具有一个绕垂直轴(1)旋转的双向恒速偏频转台(2)，在该转台上安装一个激光陀螺(3)和一个加速度计(4)且激光陀螺(3)敏感轴偏离该转台旋转平面β角，加速度计(4)的输入轴(5)与偏频转台旋转平面平行，并与激光陀螺敏感轴在偏频转台旋转平面的投影平行。2.双向恒速偏频转台(2)由带齿轮减速器的同步电机驱动转动，该转台上用一个凸台(6)与基座上安装的拨杆(7)及光电开关(8)控制同步电机的转向，限制拨杆运动的限位销(9)同时作为该转台的限位销，转台的转角被限定为360°+2γ。3.双向恒速偏频转台(2)与精密测角装置连接，精密测角装置的零位应置于偏频转台两个极限位置中间，即在2γ角的中间位置。

本发明优点是：

1、实现了“恒速偏频技术”在激光陀螺寻北仪中的应用，完全消除激光陀螺“闭锁”效应的影响，大幅度提高激光陀螺的有效精度，使激光陀螺寻北仪也能达到角秒级的高精度。