[发明专利]新型陀螺寻北仪和寻北方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种寻北设备和寻北方法，尤其涉及一种新型陀螺寻北仪和寻北方法。

背景技术

寻北仪是一种能在静态下全天候自动指示方位的高精度惯性仪表。在矿山、铁路、建筑、军事、航天、航海等工程测量领域有极为广泛的应用。寻北仪分为陀螺寻北仪和非陀螺寻北仪两大类。用于陀螺寻北仪的陀螺有光纤陀螺、激光陀螺、微机械陀螺、挠性陀螺、静电陀螺、液浮陀螺和气浮陀螺等。

现有技术寻北方法原理：

通过陀螺直接测量不同方向的地球自转角速度分量确定北向。在水平面内，设陀螺寻北仪基准边和北向之间的夹角为ψ^ˊ₀，陀螺寻北仪基准边和陀螺的输入轴的夹角为ψ^ˊ，在不考虑随机误差时陀螺输出可表示为：

ω=ω_B+ω_ecosφcos（ψ^ˊ₀+ψ^ˊ）=ω_B+ω_eh cos（ψ^ˊ₀+ψ^ˊ）（1）

旋转陀螺到不同的位置，即改变ψ^ˊ的大小，用光电编码器测量出ψ^ˊ，并测量相应位置处的陀螺输出ω，然后根据式（1）建立方程组解算出ψ^ˊ₀完成寻北，此即为陀螺寻北仪的现有技术寻北原理。

其中，ω为陀螺输出，ω_B为陀螺零偏，φ为测量地点纬度，ψ^ˊ₀为水平面内陀螺寻北仪基准边和北向夹角，ψ^ˊ为水平面内陀螺寻北仪基准边与陀螺输入轴夹角，ω_e为地球自转速度矢量，ω_eh为ω_e在测量地的水平分量，ω_eh=ω_ecosφ。

陀螺寻北仪依据采样方式和解算方式的不同可以分为：二位置方案寻北仪、四位置方案寻北仪、多位置方案寻北仪与连续转动方案寻北仪。

采用以上寻北方案的现有陀螺寻北仪工作过程中受到陀螺平台调平误差、陀螺标度因数误差、陀螺漂移误差、有害加速度、纬度引用误差、地磁场产生的多位置寻北误差、转位误差（二位置、四位置、多位置方案）、转台旋转精度误差（连续转动方案）、加速度计误差、运动干扰误差等多种因素的影响。同时，陀螺寻北仪中陀螺所敏感的地球自转角速率分量微弱，特别是微小角度变化引起的陀螺输出ω变化不明显，测量过程中陀螺输出ω为低频直流信号，抗干扰能力弱，易受陀螺漂移，温度、振动等因素影响，难于快速、高精度实现寻北。

因此，有必要寻求新的陀螺寻北仪设计方案，实现抗干扰、快速、高精度寻北。

发明内容

为解决背景技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型陀螺寻北仪及一种新的寻北方法。本发明的目的在于实现陀螺寻北仪抗干扰、快速、高精度寻北。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

新型寻北方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）调制信号源产生调制信号，发送给角度调制器和信号处理系统，在调制信号的激励下角度调制器的输出轴，关于角度调制器的周期运动中心作周期性角运动ψ，周期性角运动ψ作用于陀螺上，实现陀螺输入轴在水平面内，关于角度调制器的周期运动中心作周期性角运动ψ；

2）信号处理系统对经过角度调制器调制后的陀螺输出信号ω，进行隔直、滤波、选频放大、峰值采样，解调出角度调制器的周期运动中心与北向的夹角ψ₀所对应信号U_OUT，并发送给电机。其中U_OUT为电压信号或数字量，ψ₀为角度调制器的周期运动中心与北向夹角；

3）电机接收来自信号处理系统发出的信号U_OUT，进行一定方向的转动，其中转动角度与ψ₀大小成正比，转动方向与ψ₀的符号相反；传动机构将电机输出的转动按照一定的比例关系传递给转盘与角度调制器，使角度调制器的周期运动中心与北向重合，即ψ₀=0；并将ψ₀=0作为陀螺寻北仪闭环控制条件，实现陀螺寻北仪的闭环控制；其中ψ₀为角度调制器的周期运动中心与北向夹角；