[发明专利]一种基于静态力矩模式陀螺全站仪的逐次多位置寻北测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于静态力矩模式陀螺全站仪的逐次多位置寻北测量方法。该方法可广泛应用于静态模式下的各类陀螺全站仪构建及隧道、巷道、引水隧洞等工程的贯通测量领域。

背景技术

陀螺全站仪是一种可以独立、精确确定地球上任意点真北方向的定向仪器，其测量原理为通过高速旋转陀螺敏感地球自转角动量。可应用于贯通导线测量误差积累改正、初始方位标校等，主要应用于公路铁路隧道、煤矿巷道、引水隧洞的贯通测量，导航设备标校，火箭、导弹等武器发射系统定向。

在工程中应用广泛的陀螺全站仪为悬挂式陀螺仪，采用悬挂带对陀螺灵敏部进行支承。目前，悬挂式陀螺仪寻北方法多采用人工或者电子设备观测陀螺旋转轴自由摆动曲线，以此来确定陀螺的动平衡位置，要等待陀螺的动平衡位置相对稳定后，才能进行观测、数据采集，即在陀螺马达转子达到额定转速，处于平衡稳定状态后，在此单一平衡位置下通过中天法、逆转点法、积分法等进行观测。该单一平衡位置下的寻北虽然能够相对准确地测定真北方位，但由于部分系统性误差的影响，例如陀螺水平测角系统的偏心误差，系统的常数漂移误差等等，会对陀螺定向成果产生影响，降低其测量精度。这些系统误差在短期时间或单次测量中表现出系统性，而在长期使用或多次测量间则表现出偶然性。而传统悬挂式陀螺全站仪由于陀螺的动平衡位置稳定时间较长，如果进行两个位置的数据采集比较消耗时间。同时，由于悬挂式陀螺结构设计，其对架设方位要求较为严格，比如要求北向标识在正北方向(-10°,+10°)范围内，不能大角度旋转，如果超出这个范围后陀螺全站仪不能正常工作，需要进行人工调整。

综上，造成了传统的陀螺寻北方法寻北时间长、数据稳定性差、效率低等问题，在存在外界干扰情况下，定向效果更差。

发明内容

本发明基于静态力矩模式陀螺全站仪，提出了一种逐次多位置寻北测量方法，它解决了传统陀螺寻北方法初始架设方位要求严格、寻北时间长、数据稳定性差、效率低等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于静态力矩模式陀螺全站仪的逐次多位置寻北测量方法，包括如下步骤：

一、安置仪器：在测站点安置基于静态模式寻北的陀螺全站仪，使北向标识位于真北方向(-90°，+90°)区间内，调整并对中；

二、陀螺定向测量：

a.启动马达启动加速模块、盘位转换模块，使陀螺马达旋转轴方向对准陀螺仪测角装置中的电子度盘零刻度线方向；

b.第一位置寻北测量：依次启动支承解锁模块、电流及光电信号采集模块，得到多组电流数据以及光电信号数据；根据电流数据计算得到陀螺灵敏部力矩值，并根据光电信号数据以及反射光线与入射光线的位置，计算陀螺灵敏部的角度位移量；启动稳定检测模块，如果陀螺灵敏部处于非稳定状态，则启动力矩反馈控制模块使得陀螺灵敏部稳定，然后启动支承锁定模块；根据采集的电流数据，计算陀螺灵敏部力矩值；

c.根据陀螺灵敏部力矩值，计算得到电子度盘零刻度线方向偏离真北方向夹角∠NOR；启动盘位转换模块使陀螺马达向真北方向旋转角度∠NOR到达第二位置；

d.重复执行步骤b、c，依次到达第三位置、……、第m位置；分别将第m和第m-1位置对应的夹角∠NOR求差值，如果差值小于阈值，则执行步骤e；

e.第m位置寻北测量：

执行步骤b、c，得到电子度盘零刻度线方向偏离真北方向夹角∠NOR；

三、照准系统方向观测：

a.使望远镜照准目标，记录照准测线方向与电子度盘零刻度线方向之间的夹角∠MOC_A；

b.再将望远镜在竖直方向与水平方向分别旋转180度，然后调节望远镜照准测线方向，记录照准测线方向与电子度盘零刻度线方向之间的夹角∠MOC_B；完成一次目标照准；

c.再次将望远镜在竖直方向与水平方向分别旋转180度，重复a、b步骤分别获得照准测线方向与电子度盘零刻度线方向之间的夹角∠MOC_C、∠MOC_D，至此照准系统完成第二次目标照准；计算两次目标照准的平均值∠MOC；

四、寻北结果计算：

计算测线的真北方位角A：

A＝∠MOC+∠NOR+∠ROM

其中，∠ROM为陀螺寻北方向与电子度盘的零刻度线的夹角。