專利名稱：三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法及雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于慣性導航設備技術領域，特別是激光陀螺偏頻技術的改進。
背景技術：
激光陀螺現有多種偏頻技術用于解決激光陀螺閉鎖效應的影響，機械抖動偏頻技 術應用最廣，而速率偏頻技術達到的精度最高。但是這兩種偏頻技術均不能徹底消除“閉 鎖”效應的影響，過鎖區(qū)誤差仍然是主要誤差源。只有專利公開號為CN 101738182A的發(fā) 明專利“雙向恒速偏頻激光陀螺尋北方法及雙向恒速偏頻激光陀螺尋北儀”中使用的雙向 恒速偏頻技術才能徹底消除“閉鎖”效應的影響。但它不能連續(xù)不間斷的工作，不能用于要 連續(xù)工作的捷聯慣性系統中。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是在三軸整體或組合激光陀螺中采用“雙向恒速偏頻技術”，達到完全 消除激光陀螺“閉鎖效應”造成的誤差，又能連續(xù)不間斷地工作。從而可以制造出超高精度 的捷聯慣性系統。本發(fā)明需要克服的技術難題主要包括1、恒速偏頻方法能將激光陀螺的工作區(qū)域 從激光陀螺的閉鎖區(qū)域移開，但是恒速偏頻角速度必須從激光陀螺的輸出中非常精確地 減去，才能得到精確的被測角速度值。這就是國內外到目前為止不能應用恒速偏頻方法的 最大障礙。2、精確控制激光陀螺只在偏頻轉臺換向后進入恒速旋轉的整360°角區(qū)段采樣 工作，在該區(qū)段之外激光陀螺處于非工作狀態(tài)。3、設計兩臺偏頻轉臺換向時間錯位的聯動 控制裝置，確保兩套三軸整體(或組合)激光陀螺非采樣工作狀態(tài)相互不重疊。具體地說，三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其是在一個繞垂直軸旋 轉的雙向恒速偏頻轉臺上安裝一個三軸整體激光陀螺且三軸整體激光陀螺各敏感軸均偏 離該偏頻轉臺旋轉軸β角，β角大小為Μ. 73561°，三軸整體激光陀螺由該轉臺帶動旋 轉，旋轉角速度(α&)在激光陀螺敏感軸上的分量(α &cos β)將激光陀螺的工作區(qū)域移出 閉鎖區(qū)，使激光陀螺的恒速偏頻和激光陀螺的誤差旋轉調制同時進行。雙向恒速偏頻轉臺由帶齒輪減速器的同步電機驅動轉動，該轉臺上用一個凸臺與 基座上安裝的撥桿及其光電開關控制同步電機的轉向，限制撥桿運動的限位銷同時作為該 轉臺的限位銷，轉臺的轉角被限定為360° +2 γ ； γ角的大小要保證同步電機換向后能增 速達到同步轉速。雙向恒速偏頻轉臺與精密測角裝置連接，精密測角裝置過0°與360°位置點時 應在偏頻轉臺轉到兩個極限位置中間，即在2 γ角的中間位置。計算機每個采樣周期都采集雙向恒速偏頻轉臺測角裝置輸出的角度α，在激光 陀螺采樣工作時，用該角度α對激光陀螺的輸出進行坐標變換。角度α還可以計算角增 量Δ α (Δ Cii = Cii-Ci η)，用它可以計算并消除激光陀螺輸出中的偏頻量(Aacosii)；當Δα發(fā)生突變(即0°與360°正反向跳變)時，即認為該轉臺通過測角裝置的0°或 360°點，此刻發(fā)出過零點信號，觸發(fā)“啟動”或“停止”激光陀螺的采樣過程，使計算機每次 對激光陀螺進行連續(xù)采樣的過程，都在偏頻轉臺恒速轉動的整360°范圍內，以保證激光陀 螺是在“雙向恒速偏頻”狀態(tài)下工作，計算機計算消除激光陀螺輸出中偏頻量的殘余部分可 正反抵消。雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺組，其用兩套雙向恒速偏頻整體或組合激 光陀螺所組成的角速度測量裝置構成雙向恒速偏頻整體或組合激光陀螺組，實現角速度的 不間斷測量。用相應的邏輯控制兩臺雙向恒速偏頻轉臺的工作時序，使其換向非工作區(qū)不 重疊，保證最少要有一組雙向恒速偏頻激光陀螺處于正常采樣工作狀態(tài)。計算機同時對兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺及其雙向恒速偏頻轉 臺進行實時控制、采樣、坐標變換和故障監(jiān)測，當兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光 陀螺同時采樣工作時，求兩套雙向恒速偏頻三軸整體激光陀螺輸出在載體坐標系三軸的投 影，比較兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺輸出在同一坐標軸上投影的差值，當 連續(xù)幾個計算周期差值均大于設置的門限時即認為其中一套雙向恒速偏頻三軸整體或組 合激光陀螺有故障；當兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺同時采樣工作時，將兩套雙向恒 速偏頻三軸整體或組合激光陀螺輸出在載體坐標系三軸投影的平均值，作為給慣性系統計 算機的輸出量；若有一套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺處于非工作狀態(tài)，則將正 常工作的一套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺輸出在載體坐標系三軸投影輸出給 慣性系統計算機。本發(fā)明利用專利公開號為CN 101738182A的發(fā)明專利“雙向恒速偏頻激光陀螺 尋北方法及雙向恒速偏頻激光陀螺尋北儀”的偏頻方法，在三軸整體(或組合)激光陀螺中 應用“雙向恒速偏頻技術”，徹底消除“閉鎖效應”對激光陀螺有效精度的影響，并對激光陀 螺由其它原因產生的誤差進行旋轉誤差調制濾波，使激光陀螺有效精度比現有其它偏頻技 術會有大幅度提高，但是它不能連續(xù)不間斷測量三軸角速度。使用兩套換向時間相錯的雙 向恒速偏頻三軸整體(或組合)激光陀螺組成的雙向恒速偏頻三軸整體(或組合)激光陀 螺組，能不間斷地工作，并具有監(jiān)控功能，可用于超高精度的捷聯慣性系統。本發(fā)明優(yōu)點是1、實現了“恒速偏頻技術”在三軸整體(或組合)激光陀螺中的應用，可完全消除 激光陀螺“閉鎖”效應的影響，大幅度提高激光陀螺及其捷聯慣性系統的有效精度；2、將三軸整體(或組合)激光陀螺各敏感軸均偏離雙向恒速偏頻轉臺旋轉軸β 角，由該單軸轉臺帶動，使激光陀螺的恒速偏頻和激光陀螺誤差旋轉調制(垂直軸除外)同 時進行；3、可實現激光陀螺的故障監(jiān)測功能；4、比目前最先進的“速率偏頻”激光陀螺能達到更高的精度，相比速率偏頻轉臺， 本發(fā)明的偏頻轉臺限動器和換向機構的定位精度、機械強度、換向反轉角加速度，以及驅動 同步電機功率儲備的要求都大幅度降低，易于設計制造。


圖1為現有偏頻技術中“機械抖動偏頻”方法示意圖。圖2為現有偏頻技術中“速率偏頻”方法示意圖。圖3為本發(fā)明的“雙向恒速偏頻”方法示意圖。圖4為本發(fā)明“雙向恒速偏頻”結構示意圖。圖5為本發(fā)明撥桿光電換向及限位裝置示意圖。圖6為雙向恒速偏頻各激光陀螺的工作時序。圖7為本發(fā)明三軸整體激光陀螺雙向恒速偏頻方法的計算方程坐標系。圖8為本發(fā)明三軸整體激光陀螺安裝角的計算模型圖。
具體實施例方式本發(fā)明是按照如下步驟實現1、(參見圖4)在繞垂直軸(1)旋轉的雙向恒速偏頻轉臺( 上，安裝一只三軸整 體(或組合)激光陀螺(3)，將三軸整體(或組合)激光陀螺C3)的三個敏感軸均偏離雙向 恒速偏頻轉臺旋轉軸(1) β (54. 73561° )角。2、雙向恒速偏頻轉臺O)由帶齒輪減速器的同步電機驅動轉動，該轉臺上(參見 圖5)用一個凸臺⑷與基座上安裝的撥桿(5)及光電開關(6)控制同步電機的轉向，限 制撥桿運動的限位銷(7)同時作為該轉臺的限位銷，轉臺的轉角被限定為360° +2 γ ； γ 角的大小要保證同步電機換向后能增速達到同步轉速。雙向恒速偏頻轉臺( 與精密測角裝置連接，精密測角裝置過0° (與360° )位 置點時應在偏頻轉臺轉到兩個極限位置中間，即在2 γ角的中間位置(如圖5所示)。3、雙向恒速偏頻轉臺旋轉角速度(α&)在三軸整體激光陀螺敏感軸上的分量 (α &cos β)用于將激光陀螺的工作區(qū)域移出閉鎖區(qū)；旋轉角速度(α&)又同時對三軸整體 激光陀螺的水平分量剩余誤差進行旋轉調制。4、計算機每個采樣周期都采集雙向恒速偏頻轉臺測角裝置輸出的角度α，在激光 陀螺采樣工作時，用該角度α對激光陀螺的輸出進行坐標變換。角度α還用于計算角增 量Δ α (Δ Cii= Cii-Ci η)，用它可以精確消除三軸整體(或組合)激光陀螺輸出中的偏頻 量(Δ acosii)；當Δ α發(fā)生突變(即0°與360°正反向跳變)時，即認為該轉臺通過測 角裝置的0° (或360° )點，此刻發(fā)出過零點信號，觸發(fā)“啟動”或“停止”三軸整體(或組 合)激光陀螺的采樣過程，使計算機每次連續(xù)采樣過程都在偏頻轉臺恒速轉動的整360° 范圍內，這便保證了三軸整體(或組合)激光陀螺是在“雙向恒速偏頻”狀態(tài)下工作，并對 殘余的偏頻量進行正反方向抵消。5、用二臺偏頻轉臺及其攜帶的三軸整體(或組合)激光陀螺，組成一組雙向恒速 偏頻三軸整體(或組合)激光陀螺組。通過安排相應的邏輯控制裝置控制偏頻轉臺的工作 時序，保證最少要有一臺偏頻轉臺及其三軸整體(或組合)激光陀螺處于采樣工作狀態(tài)。6、計算機在每個采樣周期都對三軸整體(或組合)激光陀螺輸出的角增量進行預 處理。預處理的內容有(1)去除偏頻角增量；(2)計算每個三軸整體(或組合)激光陀螺 測量的角增量在載體坐標系上的分量；C3)當本次采樣有兩個三軸整體(或組合)激光陀 螺同時工作時，將兩組載體坐標系上的陀螺角增量分量進行數值比較監(jiān)控，同時求其平均值供輸出；如果本次采樣只有一個三軸整體(或組合)激光陀螺在工作，就將該三軸整體(或組合)激光陀螺在載體坐標系上的角增量分量直接輸出。載體坐標系上陀螺各軸最后輸出的角增量，相當于一般捷聯慣性導航系統載體坐標系上各軸安裝的陀螺輸出，后續(xù)的計算由系統計算機來完成。
計算方程本發(fā)明三軸整體激光陀螺雙向恒速偏頻方法的計算方程如下1．坐標系(圖7)
權利要求
1.三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其特征是在一個繞垂直軸(1)旋轉的 雙向恒速偏頻轉臺( 上安裝一個三軸整體激光陀螺( 且三軸整體激光陀螺( 各敏感 軸均偏離該偏頻轉臺旋轉軸β角，β角大小為Μ. 73561°，三軸整體激光陀螺(3)由該轉 臺帶動旋轉，旋轉角速度(α&)在激光陀螺敏感軸上的分量(α &cos β)將激光陀螺的工作 區(qū)域移出閉鎖區(qū)，使激光陀螺的恒速偏頻和激光陀螺的誤差旋轉調制同時進行。
2.根據權利要求1所述的三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其特征是雙向 恒速偏頻轉臺O)由帶齒輪減速器的同步電機驅動轉動，該轉臺上用一個凸臺(4)與基座 上安裝的撥桿(5)及其光電開關(6)控制同步電機的轉向，限制撥桿運動的限位銷(7)同 時作為該轉臺的限位銷，轉臺的轉角被限定為360° +2 γ ； γ角的大小要保證同步電機換 向后能增速達到同步轉速。
3.根據權利要求1所述的三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其特征是雙向 恒速偏頻轉臺( 與精密測角裝置連接，精密測角裝置過0°與360°位置點時應在偏頻轉 臺轉到兩個極限位置中間，即在2 γ角的中間位置。
4.根據權利要求1所述的三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其特征是計 算機每個采樣周期都采集雙向恒速偏頻轉臺測角裝置輸出的角度α，在激光陀螺采樣工作 時，用該角度α對激光陀螺的輸出進行坐標變換。角度α還可以計算角增量Δ α (Δ Cii =Qi-Ci η)，用它可以計算并消除激光陀螺輸出中的偏頻量(Δ acosii)；當Δ α發(fā)生突 變(即0°與360°正反向跳變)時，即認為該轉臺通過測角裝置的0°或360°點，此刻發(fā) 出過零點信號，觸發(fā)“啟動”或“停止”激光陀螺的采樣過程，使計算機每次對激光陀螺進行 連續(xù)采樣的過程，都在偏頻轉臺恒速轉動的整360°范圍內，以保證激光陀螺是在“雙向恒 速偏頻”狀態(tài)下工作，計算機計算消除激光陀螺輸出中偏頻量的殘余部分可正反抵消。
5.雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺組，其特征是用兩套根據權利要求1、2、3、 和4任意一項所述的雙向恒速偏頻整體或組合激光陀螺所組成的角速度測量裝置構成雙 向恒速偏頻整體或組合激光陀螺組，實現角速度的不間斷測量。
6.根據權利要求5所述的雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺組，其特征是用相應 的邏輯控制兩臺雙向恒速偏頻轉臺的工作時序，使其換向非工作區(qū)不重疊，保證最少要有 一組雙向恒速偏頻激光陀螺處于正常采樣工作狀態(tài)。
7.根據權利要求5所述的雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺組，其特征是計算 機同時對兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺及其雙向恒速偏頻轉臺進行實時控 制、采樣、坐標變換和故障監(jiān)測，當兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺同時采樣工 作時，求兩套雙向恒速偏頻三軸整體激光陀螺輸出在載體坐標系三軸的投影，比較兩套雙 向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺輸出在同一坐標軸上投影的差值，當連續(xù)幾個計算周 期差值均大于設置的門限時即認為其中一套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺有故 障；當兩套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺同時采樣工作時，將兩套雙向恒速偏頻 三軸整體或組合激光陀螺輸出在載體坐標系三軸投影的平均值，作為給慣性系統計算機的 輸出量；若有一套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺處于非工作狀態(tài)，則將正常工作 的一套雙向恒速偏頻三軸整體或組合激光陀螺輸出在載體坐標系三軸投影輸出給慣性系 統計算機。
全文摘要
本發(fā)明屬于慣性導航設備技術領域中三軸整體或組合激光陀螺雙向恒速偏頻方法，其是在一個繞垂直軸旋轉的雙向恒速偏頻轉臺上安裝一個三軸整體激光陀螺且三軸整體激光陀螺各敏感軸均偏離該偏頻轉臺旋轉軸β角，β角大小為54.73561°，三軸整體激光陀螺由該轉臺帶動旋轉，旋轉角速度(α&)在激光陀螺敏感軸上的分量(α&cosβ)將激光陀螺的工作區(qū)域移出閉鎖區(qū)，使激光陀螺的恒速偏頻和激光陀螺的誤差旋轉調制同時進行。本發(fā)明是在三軸整體或組合激光陀螺中采用“雙向恒速偏頻技術”，達到完全消除激光陀螺“閉鎖效應”造成的誤差，又能連續(xù)不間斷地工作。從而可以制造出超高精度的捷聯慣性系統。
文檔編號G01C19/64GK102087108SQ20101058836
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者張有翼, 謝玲, 趙永康, 趙治偉, 陳家斌, 陳磊江 申請人:陜西寶成航空儀表有限責任公司