專利名稱：尋北裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及應用于定向、定位領(lǐng)域的一種尋北裝置，特別是一種以 加速度計作為慣性器件的慣性尋北裝置。
背景技術(shù)：
慣性尋北技術(shù)是慣性技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。它通過測量或敏感地球 速率來獲得北向信息，從而測量出任意測點的真子午線位置，實現(xiàn)找北過程。
隨著精確測量技術(shù)的發(fā)展，尋北定位也出現(xiàn)了諸多方法如:慣性法、天文觀測 法、大地測量法、衛(wèi)星定位法、參照物法等多種高精度尋北方法。但是，在 坑道、水下等復雜地形和復雜天候環(huán)境等特殊條件下，天文觀測法，大地測 量法、衛(wèi)星定位法和參照物法都會受到不同程度的條件制約，或者精度低， 或者根本無法實施。只有慣性法才能不受自然條件或環(huán)境的干擾，獨立完成 尋北任務，而且具有連續(xù)工作時間長、精度高等特點。因此，對慣性尋北方 法的研究有它獨特的應用價值。
尋北裝置在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用，除了在航空、航天、航海導航 及武器制導等方面具有非常重要的應用外，在其他如遂道施工、礦山開采、 大地測量、資源勘測等民用工程領(lǐng)域中也越來越顯示出廣闊的應用前景。目 前的尋北裝置主要采用氣浮速率陀螺、動力調(diào)諧陀螺、環(huán)形激光陀螺、光纖 陀螺以及靜電陀螺等作為慣性器件來完成對地球速率的檢測，成本很高。隨 著加速度計制造精度的進一步提高，20世紀80年代出現(xiàn)了非陀螺慣性測量 單元，由于它摒棄了昂貴的陀螺，從而使制造成本大為下降。因此，開展非 陀螺尋北裝置的研究在軍事、民用領(lǐng)域都有重要的意義。但是，由于非陀螺尋北系統(tǒng)是基于Coriolis加速度原理，通過轉(zhuǎn)臺動態(tài) 調(diào)制，地球自轉(zhuǎn)角速度的北向分量與該點上切向速度復合生成的哥氏加速度 輸出為一正弦信號，通過檢測出該正弦信號的峰值所對應的相位，即為地球 上所在位置的正北方向。測量過程中當轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸傾斜一定角度時，由于地球 速率垂直分量的影響，系統(tǒng)尋找到的不再是地球自轉(zhuǎn)北向分量的方向，而是 北向分量和垂直分量合成速率方向。目前，有人提出在測量加速度計對稱的 轉(zhuǎn)臺邊緣安裝一支附加加速度計，附加加速度計測量軸平行于轉(zhuǎn)臺面，沿轉(zhuǎn) 臺切線方向。通過附加加速度計測量出轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸傾斜一定角度時，地球速率 垂直分量的影響。
但是，經(jīng)過理論分析得知，由于轉(zhuǎn)臺的傾斜，轉(zhuǎn)臺邊緣點在鉛垂方向存 在一個周期性變化的加速度，對要提取的哥氏加速度信號造成嚴重的干擾。 因此，調(diào)平誤差的大小會嚴重影響系統(tǒng)的測量精度，甚至功能實現(xiàn)，必須對 系統(tǒng)的該部分干擾進行濾除。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了消除調(diào)平誤差對測量精度的影響、濾除調(diào)平誤 差對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，提出一種改進結(jié)構(gòu)的尋北裝置。
本實用新型尋北裝置，由通過伺服系統(tǒng)、電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺、設置在電機 上的編碼器、固置在轉(zhuǎn)臺上的測量加速度計和附加加速度計，及通過串口連 接的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，其特點是所述的測量加速度計設置在所述轉(zhuǎn) 臺的邊緣上，其測量軸a^垂直于臺面，所述的附加加速度計設置在轉(zhuǎn)臺的中 心處，其測量軸ak2沿轉(zhuǎn)臺矢徑指向測量加速度計。
本實用新型尋北裝置具有自動調(diào)平補償功能。所說的調(diào)平補償包括對調(diào) 平誤差引起的測量誤差的補償，對調(diào)平誤差引起的干擾噪聲的消除。因此有 效的提高了測量精度。

圖l為本實用新型尋北裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為調(diào)平誤差對精度影響的分析示意圖； 圖3為調(diào)平誤差產(chǎn)生的干擾分析示意圖； 圖4為本實用新型尋北裝置的工作過程示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出的實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
參照圖1，由通過伺服系統(tǒng)、電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺3、設置在電機上的編碼器、 固置在轉(zhuǎn)臺3上的測量加速度計1和附加加速度計2，及通過串口連接的數(shù) 據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，其特征在于，所述的測量加速度計1設置在所述轉(zhuǎn) 臺3的邊緣上，距轉(zhuǎn)臺3軸心距離為R,其測量軸aki垂直于臺面，所述的附加 加速度計2設置在轉(zhuǎn)臺3的中心o處，其測量軸ak2沿轉(zhuǎn)臺3矢徑指向測量加 速度計1。
本實用新型尋北裝置的工作原理
如圖2所示，當轉(zhuǎn)臺傾斜S為小角度，這時方位誤差為
——緯度角
在中等緯度地區(qū)Acp和s是同一個數(shù)量級，所以必須進行調(diào)平補償。安
裝在轉(zhuǎn)臺上的附加加速度計2輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)臺調(diào)制為 fl'= "o ，+g sin c sin("—《)+ <rg'
式中《為加速度計的零偏信號，S為轉(zhuǎn)臺傾斜角，C7g'為加速度計輸出 信號噪聲，；為傾斜角引起的方位角補償量。
圖中0為轉(zhuǎn)臺中心，O'為測傾斜角加速度計安裝中心，A、 B表示初始時 哥氏加速度在R及其正交方向上的投影，經(jīng)交流放大器濾波后，其輸出模型
可改寫為
=gsinesin(Qt-;)+ <7 g'=Csin^t-DcosQt+ <r g' 式中C=gsinscos( ， D= gsinssin;經(jīng)同步檢波可求得C、 D，經(jīng)最小二乘處理可得s和C的估值<formula>formula see original document page 6</formula>
如圖3所示，圖中OCDE為水平面，OABE為轉(zhuǎn)臺面，測量加速度計1
安裝在A點，當加速度計l轉(zhuǎn)到B點時<formula>formula see original document page 6</formula>，則
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則A點測量加速度計1敏感的由調(diào)平誤差引起的加速度可以近似表示
為
<formula>formula see original document page 6</formula>
附加加速度計2經(jīng)轉(zhuǎn)臺3調(diào)制輸出信號為 <formula>formula see original document page 6</formula>其中r為距轉(zhuǎn)臺軸的偏心半徑，&2為常值，可以通過交流放大器濾除，
其輸出模型可以改寫為 <formula>formula see original document page 6</formula>
可見，<formula>formula see original document page 6</formula>，與傾斜角f無關(guān)。
通過矢量運算，可以消除測量加速度計i敏感的由調(diào)平誤差引起的干擾。
可見，通過在轉(zhuǎn)臺3中心沿矢徑方向安裝附加加速度計2實現(xiàn)了消除調(diào) 平誤差引起的噪聲，對調(diào)平誤差引起的測量誤差進行修正。
參照圖4，工作過程中，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動電機，電機帶動編碼器和加速度計 1、加速度計2繞軸心勻速轉(zhuǎn)動，加速度計1與加速度計2測量的信號經(jīng)過比 例減法運算后得到的即為哥氏加速度信號，結(jié)合編碼器的輸出值，計算出未 經(jīng)修正的編碼器零位與北向的夾角。加速度計2輸出的信號經(jīng)過單獨處理后計算出調(diào)平誤差引起的測量誤差值，將該誤差值帶入前面計算出的編碼器零 位與北向的夾角，就是本尋北系統(tǒng)的最終測量結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種尋北裝置，由通過伺服系統(tǒng)、電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺(3)、設置在電機上的編碼器、固置在轉(zhuǎn)臺(3)上的測量加速度計(1)和附加加速度計(2)，及通過串口連接的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，其特征在于，所述的測量加速度計(1)設置在所述轉(zhuǎn)臺(3)的邊緣上，其測量軸ak1垂直于臺面，所述的附加加速度計(2)設置在轉(zhuǎn)臺(3)的中心處，其測量軸ak2沿轉(zhuǎn)臺(3)矢徑指向測量加速度計(1)。
專利摘要本實用新型涉及應用于定向、定位領(lǐng)域的一種尋北裝置，特別是一種以加速度計作為慣性器件的慣性尋北裝置，由通過伺服系統(tǒng)、電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺、設置在電機上的編碼器、固置在轉(zhuǎn)臺上的測量加速度計和附加加速度計，及通過串口連接的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，其測量加速度計設置在所述轉(zhuǎn)臺的邊緣上，其測量軸a_k1垂直于臺面，附加加速度計設置在轉(zhuǎn)臺的中心處，其測量軸a_k2沿轉(zhuǎn)臺矢徑指向測量加速度計。本實用新型尋北裝置具有自動調(diào)平補償功能。所說的調(diào)平補償包括對調(diào)平誤差引起的測量誤差的補償，對調(diào)平誤差引起的干擾噪聲的消除。因此有效的提高了測量精度。
文檔編號G01C21/16GK201133818SQ200720094748
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者暢 劉, 李建榮, 沈鋮武, 王志乾, 雁 趙, 高峰端 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所