[发明专利]一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法有效

专利信息
申请号: 201510030921.7 申请日: 2015-01-21
公开(公告)号: CN104655095B 公开(公告)日: 2017-06-30
发明(设计)人: 石震;杨志强;马骥 申请(专利权)人: 长安大学
主分类号: G01C1/00 分类号: G01C1/00
代理公司: 西安恒泰知识产权代理事务所61216 代理人: 李婷
地址: 710064 陕西省*** 国省代码: 陕西;61
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摘要: 发明的提供了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安置仪器、输入起始条件、三轴正交光纤陀螺测角速率值、地球地理纬度解算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
搜索关键词: 一种 利用 光纤 陀螺 测定 地理 纬度 方法
【主权项】:
一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法,其特征在于: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;所述的带有三轴正交光纤陀螺的光纤陀螺仪由照准系统(001)、陀螺仪外壳(002)、光纤陀螺元件(003)、水平转盘(004)、旋转电机系统(005)、陀螺仪测角系统(006)、调平装置(007)和激光对中系统(008)构成;所述的照准系统(001)安置于陀螺仪外壳(002)上方,通过连接盘(4)连接,光纤陀螺元件(003)、水平转盘(004)、旋转电机系统(005)、陀螺仪测角系统(006)、激光对中系统(008)构成陀螺仪系统,陀螺仪系统的内部元件均安置在陀螺仪外壳(002)内部,调平装置(007)安置在陀螺仪底部;所述的照准系统(001)包括上对中支架、望远镜、照准系统测角装置,其中,上对中支架安置在照准系统(001)顶端,呈门形结构,其中心位置设有上对中标识,用垂球法进行上对中;望远镜在竖直面内绕轴HH自由旋转,水平面内绕轴VV旋转,用于精确瞄准目标;照准系统测角装置安置在照准系统(001)下方,利用望远镜瞄准目标,通过照准系统测角装置准确测定目标与度盘零刻度之间的水平夹角;照准系统(001)通过连接盘(4)与下方的陀螺仪系统相连接,形成同基座的一体化结构;陀螺仪系统外部有金属材料制成的陀螺仪外壳(002)包裹,用于保护陀螺仪内部元件,陀螺仪外壳(002)上平面安装有陀螺仪水准管(5);陀螺仪系统中,旋转电机系统(005)固定在陀螺仪系统中央,其驱动电机旋转轴(17)位于轴VV上;旋转电机系统(005)上方固联一水平转盘(004),水平转盘(004)中点位于轴VV上,且水平转盘(004)平面严格垂直于轴VV;水平转盘(004)上安装光纤陀螺元件(003);旋转电机系统(005)轴线下方固定陀螺仪测角系统(006),陀螺仪测角系统(006)的光栅码盘(21)中心过轴VV,且光栅码盘(21)平面严格垂直于轴VV;陀螺仪系统底部安置激光对中系统(008),激光发射器(24)发射的射线与轴VV重合,穿过下对中通光孔(25)实现仪器的下对中;调平装置(007)安装在陀螺仪系统底部,用于整平仪器;水平转盘(004)、旋转电机系统(005)和陀螺仪测角系统(006)组成一个共轴式转动系统,陀螺仪工作时,旋转电机系统(005)为水平转盘(004)提供动力,带动光纤陀螺元件(003)和陀螺仪测角系统(006)绕轴VV在水平方向旋转;所述的旋转电机系统(005)由驱动电机(11)、电机转子(12)、旋转电机涡轮(13)、步进电机(14)、步进电机齿轮(15)、旋转定位装置(16)、驱动电机旋转轴(17)、深沟球滚动轴承(18)和电源电缆接口(19)构成,驱动电机(11)位于陀螺仪系统中心,其平面保持水平;驱动电机旋转轴(17)与轴VV重合,驱动电机旋转轴(17)下端采用深沟球滚动轴承(18)作为辅助支撑,提高整个轴系地精度和可靠性;驱动电机(11)的电机转子(12)外部安装旋转电机涡轮(13),步进电机(14)安装在驱动电机(11)旁侧,与驱动电机(11)相连,步进电机齿轮(15)与旋转电机涡轮(13)相咬合;旋转电机涡轮(13)下端安置有旋转定位装置(16),用于锁定旋转电机涡轮(13)转位;外壳(6)设有电源电缆接口(19),为陀螺仪系统提供电源;所述的光纤陀螺元件(003)包括三轴正交光纤陀螺(7)、加速度计(9)以及温度控制及补偿装置(8),这些元件均安置在与旋转电机系统(005)固联的水平托盘(10)上;其中,三轴正交光纤陀螺(7)安装在水平托盘(10)中心,其中两个光纤陀螺敏感线圈轴线与水平托盘(10)平面平行,并与轴VV正交,另一个光纤陀螺敏感线圈轴线垂直于水平托盘(10)平面;加速度计(9)安装在水平托盘(10)上,加速度计(9)敏感轴与水平托盘(10)平面平行,且与光纤陀螺输入轴方向正交,用于测量运载体线加速度;水平托盘(10)上安置有温度控制及补偿装置(8),用于对受到温度变化影响的调制相位进行控制和补偿改正,从而提高解算地球自转参数的精度;所述的陀螺仪测角系统(006)由光栅码盘(21)、电子测角装置(20)组成,光栅码盘(21)固联在驱动电机旋转轴(17)下端,可由旋转电机系统(005)带动绕轴VV旋转;电子测角装置(20)位于光栅码盘(21)上方,用于检测主轴回转的角位移量信号;所述的调平装置(007)安置在陀螺仪下方,由三个均布的脚螺旋(22)构成,使用仪器测量地球自转参数时,通过调节三个脚螺旋(22)使陀螺仪水准管(5)气泡居中,确保整个共轴式转动系统处于水平面;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ωe,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,ωe=7.292115147×10‑5rad/s;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,得到转盘位置0°对应的角速率值转盘位置90°对应的角速率值转盘位置180°对应的角速率值转盘位置270°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得:由此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均能够通过与光纤陀螺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:即得到最终的地理纬度值
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