[发明专利]数字式液浮磁罗盘及其测量姿态角的方法

权利要求书

1.一种数字液浮磁罗盘，其特征在于：包括解算单元、台体（1）、设置在台体内的浮球（2）、设置在浮球（2）内部已磁化的磁针（3）、设置在浮球内部且位于磁针（3）下方的配重块（5）、固定在台体上且正对浮球球心的C摄像头（6）、B摄像头（7）、A摄像头（9）；所述浮球与台体间设置一层非导电液膜；所述浮球表面配重块重心定义为南极，磁针与南极所处球面节圆定义为本初子午线（8），正交节圆定义为赤道（4），所述浮球表面南北纬30°内喷涂均匀分布的不同颜色的色块，每个色块通过色度和灰度定义标记自身所处位置的经纬度信息；所述C摄像头（6）、B摄像头（7）、A摄像头（9）以间隔纬度60度安放在台体横剖面上，并与浮球外壳的子午面重合，纬度分别为-60°，0°，60°；所述C摄像头（6）、B摄像头（7）、A摄像头（9）摄像头分别采集外壳本初子午线上-60°，0°，60°所对应浮球的色块图像，所述C摄像头（6）、B摄像头（7）、A摄像头（9）分别与解算单元连接。

2.一种数字液浮磁罗盘，其特征在于：包括解算单元、台体（1）、设置在台体内的浮球（2）、设置在浮球（2）内部已磁化的磁针（3）、设置在浮球内部且位于磁针（3）下方的配重块（5）、固定在台体上且正对浮球球心的B摄像头（7）；所述浮球与台体间设置一层非导电液膜；所述浮球表面配重块重心定义为南极，磁针与南极所处球面节圆定义为本初子午线（8），正交节圆定义为赤道（4），所述浮球表面南北纬30°内喷涂均匀分布的不同颜色的色块，每个色块通过色度和灰度定义标记自身所处位置的经纬度信息；所述B摄像头安放在台体横剖面上且位于浮球外壳的子午面上，纬度为0°；B摄像头采集外壳本初子午线上0°所对应浮球的色块图像；，所述B摄像头（7）与解算单元连接。

3.采用权利要求1或2所述数字液浮磁罗盘测量姿态角的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】利用台体和浮球间的液膜隔离外壳的干扰力矩，利用浮球表面配重块重心定义为南极，将磁针与南极所处球面节圆定义为本初子午线（8），正交节圆定义为赤道（4）；将浮球表面南北纬30°内喷涂均匀分布的不同颜色的色块，每个色块通过色度和灰度定义标记自身所处位置的经纬度信息；

2】应用安放在台体横剖面上且位于浮球外壳的子午面上的摄像头，通过采集浮球上的色块信息，计算浮球的偏航角、俯仰角、横滚角：

2.1】偏航角γ测量：当台体水平旋转时，浮球在磁针的带动下沿着赤道逆向旋转，最终使磁针指向地磁北。同时，台体上的摄像头B绕浮球表面的赤道色带旋转，在摄像头B内显示的图像为经线在x轴上横移。读取零点赤道上的经度信息，即为偏航角γ；

2.2】俯仰角α测量：当台体纵向旋转时，浮球在磁针和配重块作用下最终指向重力方向，台体绕稳定浮球带动摄像头B沿Y轴逆向旋转，。同时，浮球表面的赤道随之转动，在摄像头B内显示的图像为赤道以原点为中心转动。计算过原点的纬线与y轴夹角，即为俯仰角α；

2.3】横滚角β测量：当台体绕X轴旋转时，浮球在磁针和配重块作用下最终指向重力方向，台体绕稳定浮球带动摄像头B沿Y轴逆向旋转。，在摄像头B内显示的图像为经线在y轴上平移。读取与零点重合的经线内所对应的维度信息，即为横滚角β。

4.根据权利要求3所述的数字液浮磁罗盘测量姿态角的方法，其特征在于：所述步骤2中还可在子午面±60°纬度上添加2个摄像头，捕捉浮球横滚角超过±30°时的色块信息，计算浮球姿态角，并通过框架角坐标变换矩阵换算成赤道摄像头对应坐标系下的姿态角：

αIβIγI=cosβ0sinβ010-sinβ0cosβα0β0γ0]]>

式中：α_I,β_I,γ_I-----固定框架角坐标系参数；

α₀,β₀,γ₀-----动框架角坐标系参数；

β----------动坐标系相对固定坐标系的横滚角。