[发明专利]一种双陀螺寻北姿态基准仪及寻北方法

说明书

本发明公开了一种双陀螺寻北姿态基准仪及寻北方法，包括惯性测量单元、转位台体、光栅编码器、电源系统、信号采集板与导航解算板；所述惯性测量单元包括正交安装的北向陀螺与东向陀螺，对应于每个陀螺均在同轴安装一个加速度计；所述惯性测量单元与光栅编码器分别安装在所述转位台体的上、下端面，从而能够通过转位台体带动惯性测量单元与光栅编码器同步转动；所述信号采集板用于采集陀螺信号和加速度计信号给导航解算板；导航解算板中配置有天向陀螺模拟程序，用于根据光栅编码器的测量值模拟计算出天向陀螺的测量值。寻北方法包括对光栅编码器进行标定、单轴旋转调制与寻北解算。本发明大大降低了硬件成本，同时提高了寻北精度。

技术领域

本发明涉及惯性导航设备技术领域。

背景技术

捷联惯性导航设备是复杂的高精度机电综合系统，其惯性测量单元(IMU)主要由3个光纤陀螺(北向陀螺、东向陀螺和天向陀螺)和3个加速度计组成，利用惯性导航初始对准进行寻北，然后通过捷联惯性导航算法解算出航向角，抗干扰能力强，适用于车载雷达、矿山测绘隧道勘探等领域，导航精度较高，但是成本高昂，阻碍了推广应用。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种双陀螺寻北姿态基准仪，解决现有技术为提高导航精度而需要依赖三个陀螺的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种双陀螺寻北姿态基准仪，包括惯性测量单元、转位台体、光栅编码器、电源系统、信号采集板与导航解算板；所述惯性测量单元包括正交安装的北向陀螺与东向陀螺，对应于每个陀螺均在同轴安装一个加速度计；所述惯性测量单元与光栅编码器分别安装在所述转位台体的上、下端面，从而能够通过转位台体带动惯性测量单元与光栅编码器同步转动；所述信号采集板用于采集陀螺信号和加速度计信号给导航解算板；导航解算板中配置有天向陀螺模拟程序，用于根据光栅编码器的测量值模拟计算出天向陀螺的测量值。

进一步的，天向陀螺模拟程序中存储有光栅编码器读数与天向陀螺的测量值的映射关系。

进一步的，通过映射表存储光栅编码器的读数与天向陀螺的测量值的映射关系；或者通过光栅编码器的读数与天向陀螺的测量值之间的映射函数：以光栅编码器的读数为自变量，并以天向陀螺的测量值为因变量。

进一步的，通过映射表存储光栅编码器的读数与天向陀螺的测量值的映射关系；或者通过光栅编码器的读数与天向陀螺的测量值之间的映射函数：

以光栅编码器的读数为自变量，并以天向陀螺的测量值为因变量。

进一步的，将修正后的光栅编码器读数Ψ″映射到天向陀螺的测量值Ψ上，即当光栅编码器读数为Ψ′时，根据光栅编码器的误差计算修正后的光栅编码器读数Ψ″，根据Ψ′就能得到天向陀螺的测量值为Ψ；

根据光栅编码器的读数Ψ′对光栅编码器的误差dΨ′利用二次谐波进行拟合，并根据下式对光栅编码器的读数Ψ′进行修正：Ψ″＝Ψ′-dΨ′；其中，Ψ″表示修正后的光栅编码器读数。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：

1、本发明只需要两只陀螺就可以达到三只陀螺的效果，可以有效节约成本；通过优化改进的捷联惯性导航算法建立数学平台，能够有效解决基座扰动的情况下，寻北精度差的问题。

2、采用光栅编码器模拟天向陀螺，由于不存在随机游走误差和零偏误差，因此在一定倾角范围内可以提高寻北精度。将天向陀螺和加表省去，既节约了成本也克服了天向陀螺精度对寻北精度的影响。

3、对光栅编码器读数进行误差修正，提高光栅编码器的精度，进而提高寻北精度。

4、采用单轴旋转调制技术，侧重抗扰动设计，保证寻北精度，简化了系统生产加工及装配工艺，提高了系统的可靠性及可维修性。

附图说明