專利名稱：尋北儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于慣性尋北的測量技術，具體涉及一種尋北儀。
背景技術：
慣性尋北技術是慣性技術領域的重要組成部分，也是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中確保武器系統(tǒng)快速、 機動、精確打擊的重要保障技術之一。即使在人們日常的生產和生活實踐中，地理北向信 息也是必不可少的。因此，國際上許多國家均投入大量的人力和物力，研制開發(fā)高精度、 快速對準的尋北系統(tǒng)。目前，常用的尋北儀包括一液浮陀螺儀，由于液浮陀螺儀為傳統(tǒng)的 外框支承方式，該尋北儀存在體積大、成本高、可靠性差等缺點。為了克服上述尋北儀的 缺陷，有一種尋北儀(ZL90103687.0)，該尋北儀采用一撓性陀螺和一加速度計作為檢測元 器件，該尋北儀的工作原理是，通過采集陀螺力反饋回路電流和加速度計的輸出，對經A /D轉換過來的數(shù)字量經數(shù)字濾波處理，采用單片機解算地球自轉角速度，自主確定所附 載體的真北方向值。該尋北儀雖然結構相對簡單，重量輕，但由于單片機在運算速度、字 長和量化誤差等方面的缺陷，影響了該尋北儀在高精度控制系統(tǒng)中的應用。

實用新型內容
本實用新型克服了現(xiàn)有尋北儀的不足，提供了一種性能高的尋北儀。
本實用新型的技術方案是
一種尋北儀，其特征在于，包括一殼體、水平轉臺、雙軸動力調諧陀螺儀和計算機控 制系統(tǒng)，所述水平轉臺設置在殼體內，所述雙軸動力調諧陀螺儀安裝在水平轉臺中心部位， 所述水平轉臺包括一垂直于水平轉臺的轉軸，在殼體內設有一對力矩電機和一旋變，所述 力矩電機和旋變分別位于水平轉臺轉軸的上、下兩端，所述計算機控制系統(tǒng)與所述力矩電 機連接，用于控制上述力矩電機驅動所述轉軸旋轉，旋變用于測得水平轉臺旋轉角度，所 述計算機控制系統(tǒng)還與所述雙軸動力調諧陀螺儀連接，用于獲得上述雙軸動力調諧陀螺儀 的數(shù)字信息，經過計算得到尋北結果。
進一步還包括一基底，所述殼體通過減震器固定在基底上。所述減震器為三向無轉角 減震器。
3所述計算機控制系統(tǒng)可包括與DSP數(shù)字處理器連接的A/D轉換電路、轉臺控制驅動 電路和片外存儲器，所述A/D轉換電路，用于將所述雙軸動力調諧陀螺儀的電信號轉換為 數(shù)字信號；所述轉臺控制驅動電路，用于將水平轉臺精確轉動到預定位置；所述片外存儲 器，用于保存雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信息。
所述DSP數(shù)字處理器可包括一驅動控制模塊、 一數(shù)據(jù)采集模塊和一尋北計算模塊，驅 動控制模塊，用于在尋北過程中，實時采集水平轉臺的角度值并控制力矩電機；數(shù)據(jù)采集 模塊，用于采集所述雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信息，將該數(shù)字信息存到片外存儲器中； 尋北計算模塊，用于在采樣結束后，調用片外存儲器的數(shù)據(jù)進行計算，得到尋北結果。
所述計算機控制系統(tǒng)還可包括一系統(tǒng)初始化模塊，該系統(tǒng)初始化模塊用于系統(tǒng)上電 后，進行自檢，給力矩電機施加反向電流，使水平轉臺處于零度狀態(tài)，并保持初始時刻無 輸出狀態(tài)。
所述計算機控制系統(tǒng)還可包括一數(shù)據(jù)輸出模塊，該模塊用于將尋北計算模塊的角度值 結果通過串行通訊口按約定的數(shù)據(jù)幀格式傳遞給其他設備和用戶。
所述數(shù)據(jù)采集模塊可接收所述雙軸動力調諧陀螺儀的兩個采樣位置的的數(shù)字信號。 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是-
本實用新型尋北儀使用雙軸動力調諧陀螺儀作為敏感器件，相對于液浮陀螺儀，該尋 北儀的結構簡單、零部件少、體積小、重量輕、可靠性高、起動快以及成本低。利用雙自 由度動力調諧陀螺儀進行全方位尋北，可采用二位置尋北方法，解算出最后的地理北向， 消除了恒常值漂移誤差，提高了在高低溫時的尋北精度。且本實用新型采用高速DSP芯片 對尋北儀進行數(shù)據(jù)處理，進一步提高了尋北儀的性能。


圖1為本實用新型實施例尋北儀的器件的結構示意圖； 圖2為本實用新型尋北儀的計算機控制系統(tǒng)的框圖； 圖3為本實用新型DSP數(shù)字處理器處理的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述 本實用新型包括雙軸動力調諧陀螺儀2、水平轉臺7、力矩電機4、基座6和減震器5，如圖1所示。水平轉臺7包括轉軸10，所述的雙軸動力調諧陀螺儀2安裝在水平轉臺7中 心部位，該陀螺儀2的轉子軸為Z軸，其指向天，兩個正交的陀螺敏感軸之中的X敏感軸 3指向東，雙軸陀螺儀的Y敏感軸9指向北，用于測定兩個位置的地球自轉角速度及尋北 算法。所述殼體8上設置力矩電機4和旋變1，力矩電機4和旋變1分別放置在水平轉臺 的轉軸兩端，力矩電機4驅動轉臺的轉軸旋轉，結合旋變1測得轉臺旋轉角度，以完成轉 位。殼體8與基座6通過無轉角減震器5固定，此減震器是三向無轉角減震器，可以對X， Y， Z軸三個方向的振動和顛震進行有效減震。安裝時要確保雙軸動力調諧陀螺2的敏感 軸與殼體8的頂面和基座6的端面相互平行。當接受到計算機控制系統(tǒng)的指令時，力矩電 機4驅動水平轉臺7旋轉，通過旋變1實時指示水平轉臺7的旋轉角度，以完成相應的轉 位工作。
本實用新型還包括一計算機控制系統(tǒng)，如圖2所示。該計算機控制系統(tǒng)包括與DSP數(shù) 字處理器連接的A/D轉換電路、轉臺控制驅動電路和片外存儲器，A/D轉換電路，用于 將所述雙軸動力調諧陀螺儀的電信號轉換為數(shù)字信號；轉臺控制驅動電路，用于將水平轉 臺精確轉動到預定位置；片外存儲器，用于保存雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信號。該計算 機控制系統(tǒng)還包括系統(tǒng)初始化模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。系統(tǒng)初始化模塊，用于系統(tǒng)上電后， 進行自檢，給力矩電機施加反向電流，使水平轉臺處于零度狀態(tài)，讓系統(tǒng)在初始時刻保持 無輸出狀態(tài)；數(shù)據(jù)輸出模塊，用于將尋北計算模塊計算出的角度值通過串行通訊口按約定 的數(shù)據(jù)幀格式傳遞給其他設備和用戶。
計算機控制系統(tǒng)的核心DSP數(shù)字處理器可包括一驅動控制模塊、 一數(shù)據(jù)采集模塊和一 尋北計算模塊，驅動控制模塊，用于在尋北過程中，實時采集水平轉臺轉到的角度值并控 制力矩電機；數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集雙軸動力調諧陀螺儀的力矩器定子和轉子上的電流 值，經采樣電阻變?yōu)殡妷褐?，通過A/D轉換電路轉換成數(shù)字量，將處理結果存到存儲器中。 尋北計算模塊用于，是在采樣結束后，調用存儲器的數(shù)據(jù)進行計算，得到尋北結果；
以采用二位置尋北方法，解算出最后的地理北向為例，本實用新型尋北儀的工作原理 是系統(tǒng)工作時，先供電90秒，等待尋北指令，計算機控制系統(tǒng)的尋北指令發(fā)出，由計 數(shù)器計陀螺X敏感軸3和Y敏感軸9兩個通道的脈沖數(shù)，計數(shù)時間l分鐘。在計數(shù)時間 到的瞬間，力矩電機4驅動水平轉臺7旋轉并結合旋變1使陀螺儀在大約30秒時間內使 陀螺轉動18(T ，同樣由計數(shù)器計X敏感軸3和Y敏感軸9兩個通道的脈沖數(shù)，計數(shù)時間 1分鐘。然后DSP控制單元控制力矩電機4驅動水平轉臺7旋轉并結合旋變1使陀螺儀朝 相反的方向轉動180° ，回到初始位置。最后通過兩個通道所采集的數(shù)據(jù)來解算出尋北儀
5的初始位置相對于北向的夾角。
本實用新型除采用兩個測量位置的動力調諧陀螺輸出及相應的尋北解算方法，還可以 采用其他多測量位置的方法。如圖3所示，本實用新型尋北儀具體的工作流程如下
1) 系統(tǒng)接通電源后進行系統(tǒng)自檢，給力矩電機施加反向電流，使雙軸水平轉臺零度狀 態(tài)，并使整個系統(tǒng)保持無輸出狀態(tài)；
2) 待初始化完成后，判斷觸發(fā)端狀態(tài)，如果收到尋北觸發(fā)指令，立刻向DSP數(shù)據(jù)處 理器發(fā)送中斷觸發(fā)命令，否則保持初始化狀態(tài)；
3) DSP數(shù)據(jù)處理器接受到中斷觸發(fā)命令后，數(shù)據(jù)采樣模塊開始工作，采集陀螺儀的力 矩器定子和轉子上的電流值，經采樣電阻變?yōu)殡妷褐?，通過A/D轉換電路轉換成數(shù)字量， 將處理結果存到存儲器中；
4) 判斷采樣時間是否到1分鐘，若判斷結果為真，DSP數(shù)據(jù)處理器發(fā)送轉位控制指令， 調用轉位控制模塊使力矩電機驅動水平轉臺旋轉精確轉動到預定位置，否則繼續(xù)采集陀螺 儀的力矩器定子和轉子上的電流值；
5) 判斷水平轉臺是否精確轉動到位，若判斷為真，向DSP數(shù)據(jù)處理器發(fā)送中斷請求 命令，否則繼續(xù)調用轉位控制模塊使轉動精確到位；
6) —旦DSP數(shù)據(jù)處理器接受到中斷請求命令，數(shù)據(jù)采集模塊又開始工作，重復3)、 4)步驟，得到第二個位置的處理結果，存儲于存儲器中的對應位置；
7) 在第二個位置采樣完成后，DSP數(shù)據(jù)處理器對采樣數(shù)據(jù)進行處理，并調用尋北計算 模塊，得到尋北儀軸線方向與北向的夾角伊；
8) 最后將計算結果通過串口通訊與上位機連接并顯示結果。
在整個尋北結束后，尋北儀等待新的尋北觸發(fā)命令，并進入下一輪的循環(huán)，重復以上 步驟。
以上通過詳細實施例描述了本實用新型所提供的尋北儀，本領域的技術人員應當理 解，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造實質的范圍內，可以對本實用新型做一定的變形或修改。
權利要求1、一種尋北儀，其特征在于，包括一殼體、水平轉臺、雙軸動力調諧陀螺儀和計算機控制系統(tǒng)，所述水平轉臺設置在殼體內，所述雙軸動力調諧陀螺儀安裝在水平轉臺中心部位，所述水平轉臺包括一垂直于水平轉臺的轉軸，在殼體內設有一對力矩電機和一旋變，所述力矩電機和旋變分別位于水平轉臺轉軸的上、下兩端，所述計算機控制系統(tǒng)與所述力矩電機連接，用于控制上述力矩電機驅動所述轉軸旋轉，旋變用于測得水平轉臺旋轉角度，所述計算機控制系統(tǒng)還與所述雙軸動力調諧陀螺儀連接，用于獲得上述雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信息，經過計算得到尋北結果。
2、 如權利要求1所述的尋北儀，其特征在于，還包括一基底，所述殼體通過減震器 固定在基底上。
3、 如權利要求2所述的尋北儀，其特征在于，所述減震器為三向無轉角減震器。
4、 如權利要求1所述的尋北儀，其特征在于，所述計算機控制系統(tǒng)包括與DSP數(shù)字 處理器連接的A/D轉換電路、轉臺控制驅動電路和片外存儲器，所述A/D轉換電路，用于 將所述雙軸動力調諧陀螺儀的電信號轉換為數(shù)字信號；所述轉臺控制驅動電路，用于將水 平轉臺精確轉動到預定位置；所述片外存儲器，用于保存雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信息。
5、 如權利要求4所述的尋北儀，其特征在于，所述DSP數(shù)字處理器包括一驅動控制 模塊、 一數(shù)據(jù)采集模塊和一尋北計算模塊，驅動控制模塊，用于在尋北過程中，實時采集 水平轉臺的角度值并控制力矩電機；數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述雙軸動力調諧陀螺儀的 數(shù)字信息，將該數(shù)字信息存到片外存儲器中；尋北計算模塊，用于在采樣結束后，調用片 外存儲器的數(shù)據(jù)進行計算，得到尋北結果。
6、 如權利要求4或5所述的尋北儀，其特征在于，所述計算機控制系統(tǒng)還包括一系 統(tǒng)初始化模塊，該系統(tǒng)初始化模塊用于系統(tǒng)上電后，進行自檢，給力矩電機施加反向電流， 使水平轉臺處于零度狀態(tài)，并保持初始時刻無輸出狀態(tài)。
7、 如權利要求4或5所述的尋北儀，其特征在于，所述計算機控制系統(tǒng)還包括一數(shù) 據(jù)輸出模塊，該模塊用于將所述尋北計算模塊的角度值結果通過串行通訊口按約定的數(shù)據(jù) 幀格式傳遞給其他設備和用戶。
8、 如權利要求5所述的尋北儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊接收所述雙軸動力 調諧陀螺儀的兩個采樣位置的的數(shù)字信號。
專利摘要本實用新型公開了一種尋北儀，該尋北儀包括一殼體、水平轉臺、雙軸動力調諧陀螺儀和計算機控制系統(tǒng)，采用雙軸動力調諧陀螺儀為敏感器件，將雙軸動力調諧陀螺儀安裝在水平轉臺中心部位，利用力矩電機，結合旋變測得水平轉臺旋轉角度，以完成轉位，其中，計算機控制系統(tǒng)與所述力矩電機連接，用于控制上述力矩電機驅動水平轉臺旋轉，所述計算機控制系統(tǒng)還與所述雙軸動力調諧陀螺儀連接，用于獲得上述雙軸動力調諧陀螺儀的數(shù)字信息，經過計算得到尋北結果。本實用新型具有結構簡單、啟動速度快和成本低等特點，可在高精度控制系統(tǒng)中應用。
文檔編號G01C19/00GK201266088SQ20082011004
公開日2009年7月1日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權日2008年8月15日
發(fā)明者揭建英, 賀宏宇 申請人:北京七維航測科技發(fā)展有限公司