[发明专利]一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法

说明书

技术领域

本发明属于天体测量与天体力学、地球动力学、惯性导航技术、大地测量学领域，可以用于航空、航天、人造卫星精密定轨、深空探测、全球板块运动监测研究等领域，提供一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法。

背景技术

由于地球外部的不同天体和地球内部物理机制的影响，导致地球的自转过程是不稳定的，通常以地球自转参数来描述地球的自转状态，包括极移和日长变化，其中极移是地球自转轴相对于地壳的运动。地极移动后，地面测站的经纬度及方位角皆会随之而发生变化，我们可以通过测站上纬度观测值的变化来推导极移的变化。因此，准确地测量纬度的变化对于航空、航天、地球物理学的研究都有着重要的实际意义和应用价值。

从上世纪70年代以来，人们开始采用空间大地测量技术精确监测地球自转的变化，包括甚长基线干涉测量技术VLBI、人造卫星激光测距技术SLR、月球激光测距技术LLR、星基多普勒无线电定位技术DORIS、全球卫星定位技术GNSS等。而这些技术具有如下共同特点：

第一，观测系统庞大，系统建设十分复杂，所需设备昂贵；

第二，需要大范围的地空联测，且观测周期较长，获取的数据量有限；

第三，在成果获取方面，需要较长的数据处理时间，且成果计算十分复杂。

现阶段还有一种利用机械陀螺仪测定地球自转参数的技术，这种测定方法，虽然大大缩短了观测的时间，但机械陀螺容易受到风力、震动、温度等因素的影响，从而影响测定地球自转参数的精度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种测量精度更好的测量方法来测定地理纬度。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法，该方法通过带有三轴正交光纤陀螺的光纤陀螺仪来测定地理纬度。

该方法的具体步骤为：

步骤一，安置仪器：在一条已知测线的其中一个测站点安置光纤陀螺仪，另一测站点安置反射棱镜，打开光纤陀螺仪，用光纤陀螺仪的照准系统精确瞄准反射棱镜。

步骤二，输入起始条件：输入平均地球自转角速度ω_e，所瞄准测线的正北方位角α，光纤陀螺的标定因数值k；

其中，ω_e＝7.292115147×10^-5rad/s，α可由已知点坐标计算得出，k值在仪器出厂时由生产厂家测定一般为默认固定值；

步骤三，三轴正交光纤陀螺测定角速率值：启动光纤陀螺，光纤陀螺X依次在四个转盘位置0°、90°、180°、270°进行角速率值采样，得到对应的角速率值

步骤四，地球地理纬度解算：采集到的角速率值与光纤陀螺X测定出的地理纬度分量的关系可表示为如下方程组：

其中：ω₀为陀螺常值漂移，解此方程组得：

由此可计算出该测站点光纤陀螺X测出的纬度值分量光纤陀螺Y和光纤陀螺Z均可通过与光纤陀螺X测出的纬度值分量相同的方法解算出相应的纬度值分量和最后将求解出三者的矢量和：

即可得到最终的地理纬度值

本发明提供了一种利用三轴正交的光纤陀螺测定地球自转参数的方法，可根据光纤陀螺敏感地球自转运动的原理获取地面上某一点的地球自转参数。采用发明的仪器获取地球自转参数可达到如下工作效果：

(Ⅰ)观测的周期较短，可获取海量观测数据；

(Ⅱ)解算方法简便，数据处理时间短；

(Ⅲ)采用正交光纤陀螺进行倾斜补偿改正，不易受外界环境干扰，提高解算的地球自转参数精度；

(Ⅳ)不需要大范围地空联测，可以独立获取自求自转参数，为实现对地球自转参数的动态变化监测提供可能性。

附图说明

图1为光纤陀螺Sagnac效应原理图。

图2为光纤陀螺测定地理纬度原理图。

图3为本发明的光纤陀螺地球自转参数测量仪基本系统结构示意图。

图4为本发明的光纤陀螺地球自转参数测量仪内部结构示意图。

图5为本发明的三轴正交光纤陀螺结构示意图。

图6为本发明的光纤陀螺地球自转参数测量仪工作程序流程图。

图3中各标号含义：001照准系统；002陀螺仪外壳；003光纤陀螺元件；004水平转盘；005旋转电机系统；006陀螺仪测角系统；007调平装置；008激光对中系统。