[发明专利]通过转动惯性设备确定航向的方法

说明书

本发明涉及借助于适于用作例如陀螺仪罗盘以及用于寻北的惯性设备确定航向的方法。

已知借助于惯性设备以测量和定位由地球旋转引起的移动即检测东/西方向的方式确定航向。

这样的惯性设备包括振动角度传感器，该振动角度传感器具有与检测器装置相关联的谐振器和用于将谐振器设定为振动的振动装置（该装置连接到控制单元）。振动装置利用高电压。

可以通过以自由陀螺仪操作模式控制角度传感器来确定航向，在自由陀螺仪操作模式中，其振动在谐振器的角度参照系中是自由的。振动在地球旋转的影响下移动，且检测振动的角度移动以便定北。由于自由陀螺仪操作模式允许在大范围上测量，它呈现稳定的尺度因子，且它很少依赖于高电压的品质，因此这种操作模式是有益的。然而，在这种操作模式中，存在使用模数转换器的非线性偏移结果，这增加了所检测的信号中连续性的缺乏。这些误差降低了性能，尤其是在0°、90°、180°、270°的邻近，这是因为测量的处理依赖于这些角度的正弦和余弦。

也可以通过以速率陀螺仪模式控制角度传感器来确定航向，在速率陀螺仪模式中，其振动被维持在谐振器的参照系中的预先确定的角度。检测将振动维持在所述角度而不考虑地球旋转的影响所需要的能量以便定北。由于这种操作模式呈现对给定电角度稳定的偏差，因此这种操作模式是有益的，但相反，它呈现对高电压的品质敏感的比例因子。

本发明的目标是提供用于进一步改善借助于惯性设备检测航向时的性能的装置。

为实现这一目标，本发明提供借助于惯性设备确定航向的方法，该惯性设备包括至少一个振动角度传感器，该振动角度传感器具有与检测器装置相关联的谐振器以及用于将谐振器为设定为振动的装置，该装置连接到具有第一操作模式和第二操作模式的控制单元，在第一操作模式中，振动在谐振器的角度参照系中自由移动，在第二操作模式中，将振动维持在谐振器的参照系中的预先确定的角度，且该方法包括以下步骤：

·以第二操作模式控制传感器，以将振动维持在对应于传感器的最小误差值的预先确定的电角度；以及

·以第一操作模式控制传感器，以进行航向测量，并且一旦已经进行该测量且直到下一测量，以第二操作模式控制传感器，以将振动维持在预先确定的电角度。

因而，只要惯性设备未接收到测量命令，角度传感器就作为速率陀螺仪操作，且当执行测量时作为自由陀螺仪操作。以速率陀螺仪模式的操作用于将振动维持在传感器呈现最佳性能的角度。在测量期间，传感器被控制为以自由陀螺仪模式操作，由于所测量的角速度是小的（每小时15度），且由于在短的时长（大约两分钟）内进行测量，因此振动保持接近所选择的角。因而，可能获得优良的测量精度。

优选地，检测器装置经由至少一个模数转换器连接到控制单元，且因变于转换器的动态范围来选择最小误差值。

这构成对传感器的性能有主要影响的误差。

有利地，该方法包括预先校准步骤，在预先校准步骤中，对不同的振动角执行一系列测量，且从该系列测量选择最小误差值。

校准步骤使得确定对所讨论的传感器和实际测量条件专属的最小误差值成为可能。

也优选地，在从第二操作模式到第一操作模式的转换后的稳定时间之后执行测量。

这使得限制速率陀螺仪操作模式对自由陀螺仪模式的测量的不期望的影响（电荷的惯性）成为可能。

在阅读本发明的特定的非限制性实现的下列描述之后，可看出本发明的其他特性和优点。

对唯一附图进行引用，该图是用于实现本发明的方法的惯性设备的图。

参考附图，借助于惯性设备实现本方法，该惯性设备被给予全局附图标记1，且包括以常规方式配备有附图标记为3的振动角度传感器的平台2（以点划线图示）。振动角度传感器3的结构本身是已知的。出于描述本发明的方法的需要，在此描述振动角度传感器3的结构的一些细节。振动角度传感器3包括配备有电极的二氧化硅材料的轴向对称的谐振器，电极以激励模式工作，以将谐振器设定为振动，使得其振动相对于垂直于振动角度传感器3的参考轴的轴对称，且具有围绕该参考轴的角位置，当通过以适当的方式在电气上控制电极以速率陀螺仪模式控制传感器时（被称为“进动（precession）”控制），该角位置可调节。也以检测模式使用电极，以便确定振动的角位置。当以自由陀螺仪模式使用角度传感器时，绕轴振动的定向是自由的，且振动的移动可以被用来获得关于传感器的角移动的信息。