[发明专利]自动找北仪的监控方法及自动找北仪

说明书

本发明涉及测量方位角的仪器，属测量方法及仪器。

现在常用捷联式陀螺找北仪，其基本原理就是利用一只工作在速率状态下的陀螺观测地球自转速率的水平分量ω_N，以确定其真北方向。最简单的是采用二位置法：假定陀螺常值漂移为ω_d，陀螺输入轴IA在水平面内和北向的夹角为ψ，测得角速率ω₁，然后将输入轴转过180°，又测得角速率ω₂，如图1所示。

这时

ω₁＝ω_NCOSψ+ω_d（1）

ω₂＝-ω_NCOSψ+ω_d（2）

由此解得方位角

ψ = C O S -1 ω 1 - ω 2 2 ω N ( 3 )]]>

即可得出真北方向。

上述二位置法可以消除陀螺常值漂移的影响，但是，如果陀螺存在随机漂移，则其方位角测量的标准偏差（当ψ≈ (π)/2 时）为

σ = 2 σ W 2 ω N ( 4 )]]>

式中ω_N为地球自转速率的水平分量，σ_W为陀螺随机漂移的标准偏差。因此要设法减少随机漂移的影响。

如果观测平面不是水平面，那么地球自转速率的垂直分量ω_H将直接影响指北精度。譬如，观测平面相对水平面倾斜角，ω_H将在观测平面上产生ω_HSin分量，设该分量相对北向夹角为ξ，如图2所示。这时陀螺将敏感ω_N和ω_HSin的合成角速率ω_S，造成指北误差△ψ：

式中ω_N＝ω_eCosψ，ω_H＝ω_eSinψ，ω_e为地球自转速率，φ为当地纬度角。

当ξ＝ (π)/2 ，为小量时，△ψ≈tgψ·，在φ＝ (π)/4 附近，倾斜角对指北误差的影响将处于同一个量级，所以这类指北仪器使用前必须进行精确调平。采用人工机械调平方法操作复杂，速度较慢。

本发明自动找北仪的监控方法包括多位置转台监控和最小二乘参数估计方法及台面倾斜补偿技术两部分。所说的多位置监控技术是在平台上均匀分布的几个位置上进行测量，再以最小二乘参数估计法来处理所测得的数据，以提高测量精度。所说的台面倾斜补偿技术是用加速度计实时测量并估计平台倾斜角大小及其相对北向的夹角，然后在微机内自动进行补偿，以消除台面倾斜的影响。

用多位置转台监控方法，提高工作在速率状态下陀螺对地球自转速率水平分量的测量精度，并用加速度计敏感转台倾斜量，补偿地球自转速率垂直分量的影响，给出精确的方位基准（真北向）。整个找北过程由微机控制自动完成，速度快，并且消徐了人为观测误差。

本发明多位置转台监控及台面倾斜补偿技术的原理如下：

（1）、多位置转台监控技术

假定转台水平，陀螺自旋轴垂直台面，则陀螺输入轴IA和输出轴OA均在水平面内，定义IA相对北向轴ON的夹角ψ为方位角，-π≤ψ＜π，并规定顺时针为正，如图3所示。转台顺时针旋转，在一周均匀分布的n个位置上测量角速率，陀螺输出信号y_i（转换为角速率后）的数学模型可表示为：