一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于陀螺定向?qū)け薄炯夹g(shù)領(lǐng)域】，涉及一種任意兩個位置捷聯(lián)式快速尋北方法。包括以下步驟：“尋北儀通電、系統(tǒng)粗調(diào)平”；“采集陀螺及加速度計在位置2的輸出信號”；“對陀螺常值漂移和加速度計零偏進(jìn)行補償”；“計算真北方位角”；五大步驟，本發(fā)明同以前的傳統(tǒng)捷聯(lián)尋北方法相比，要求陀螺儀的數(shù)據(jù)采集位置只有兩位置，較前數(shù)集采集量大為減少，且不要求陀螺儀必須在相差固定的位置上進(jìn)行數(shù)據(jù)測量二位置的180°、四位置的90°采集，而且減少了由于測量位置過多、相差過大以及精確地位置定位不僅操作過程繁瑣，大大減少了捷聯(lián)尋北系統(tǒng)的定向時間。
【專利說明】一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陀螺定向?qū)け薄炯夹g(shù)領(lǐng)域】，涉及一種任意兩個位置捷聯(lián)式快速尋北方法。
【背景技術(shù)】
[0002]捷聯(lián)式陀螺尋北儀是一種能在靜態(tài)下全天候自動指示方位的高精度慣性儀表，在軍事和民用部門均有廣闊的應(yīng)用前景，軍事上的導(dǎo)彈、火炮等武器系統(tǒng)的快速精確定位定向以及民用中的精密大地測量、礦井工程及貫通測量都需要非常精確的方位基準(zhǔn)。
[0003]目前國內(nèi)外研制生產(chǎn)的捷聯(lián)尋北儀多采用的是二位置、四位置以及多位置尋北方案，如中國北方自動控制技術(shù)研究所研制的二位置(相差180° )數(shù)字捷聯(lián)尋北儀；中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研制的基于動調(diào)陀螺的多位置捷聯(lián)尋北儀；航天發(fā)射技術(shù)研究所研制的TXC-2陀螺指北儀；西安測繪研究所研制的基于旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的自動陀螺尋北儀等等?；谶@些尋北方案而研制的尋北儀有各自優(yōu)點，但大都存在尋北定向時間過久的問題，這大大增加了尋北儀應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)準(zhǔn)備時間；單位置尋北方法尋北速度很快，但是由于陀螺常值漂移的影響精度太低，沒有實用價值。為此，通過研究一種新的捷聯(lián)式全方位快速尋北方法，來簡化尋北過程的復(fù)雜程度，在保證一定精度的前提下縮短尋北時間是非常有必要的。在本發(fā)明以前的傳統(tǒng)捷聯(lián)尋北方法中，要么要求陀螺儀的數(shù)據(jù)采集位置過多(四位置、多位置等)；要么要求陀螺儀必須在相差固定的位置上進(jìn)行數(shù)據(jù)測量(二位置的180°、四位置的90° )。測量位置過多、相差過大以及精確地位置定位不僅操作過程繁瑣，而且耗時較長，大大增加了捷聯(lián)尋北系統(tǒng)的定向時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有的捷聯(lián)尋北方法存在的不足，本發(fā)明提供一種基于陀螺漂移特性的任意二位置捷聯(lián)式全方位快速尋北方法，其設(shè)計目的在于:通過在任意兩個位置上對陀螺和加速度計的輸出信號進(jìn)行采集，在有效補償陀螺常值漂移和加速度計零偏對尋北精度影響的前提下，一方面，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)二位置法可以在相差較小(< 180° )的兩個位置進(jìn)行尋北測量，從而減少轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動時間，在一定程度上節(jié)省整個尋北過程的時間；另一方面，本發(fā)明在相差任意角度的兩個位置上對陀螺進(jìn)行采樣，取消了準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)臺定位系統(tǒng)，只需準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角度，操作簡單，避免了需要精確定位而引進(jìn)的誤差源。
[0005]為達(dá)成上述發(fā)明目的，現(xiàn)將本發(fā)明技術(shù)解決方案敘述如下:
[0006]本發(fā)明一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0007]步驟1:尋北儀通電、系統(tǒng)粗調(diào)平；
[0008]捷聯(lián)尋北儀的結(jié)構(gòu)主體主要由一個陀螺G和兩個加速度計\、Ay組成(如圖1所不其中:G_陀螺；AX-加速度計I ;Ay-加速度計2 ；MZ-力矩電機；R-轉(zhuǎn)臺；L_測角裝置；XbYbZb-陀螺載體坐標(biāo)系；)，陀螺G用于敏感地球自轉(zhuǎn)角速度分量，加速度計Ax、Ay用于敏感陀螺χ軸、y軸的傾斜角，即圖3中的俯仰角Θ和橫滾角 ;尋北系統(tǒng)工作時，先供電一段時間，根據(jù)加速度計Ax和Ay的輸出信號對整個系統(tǒng)進(jìn)行粗略調(diào)平；
[0009]步驟2:采集陀螺及加速度計在位置I (初始位置)的輸出信號；
[0010]步驟2.1:確定慣性坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間的方位關(guān)系:
[0011]如圖2所示為慣性坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間的方位關(guān)系示意圖，慣性坐標(biāo)系OxiYiZi記為i系,地理坐標(biāo)系0xnynzn (ONWT)記為η系,ON軸指北,OW軸指西,OT軸指天；圖中表示地球自轉(zhuǎn)角速度，(^和ωτ分別表示地球自轉(zhuǎn)角速度在η系中北向分量和天頂分量'ωΝ = ωεcosφ、ωτ=ωε sin^ ,爐表示當(dāng)?shù)鼐暥龋?br> [0012]步驟2.2:確定地理坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系之間的方位關(guān)系:
[0013]如圖3所示，b系為陀螺載體坐標(biāo)系，初始時與地理坐標(biāo)系重合，載體的姿態(tài)角α、Θ、Y分別表示方位角、俯仰角和橫滾角，它表示η系先以?角速度繞Zn旋轉(zhuǎn)α角到坐標(biāo)系0XlylZn，然后再分別以角速度^和^繞71和X1軸旋轉(zhuǎn)Θ和gamma角得到b系，故可得地理坐標(biāo)系到陀螺載體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣:
【權(quán)利要求】
1.一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:尋北儀通電、系統(tǒng)粗調(diào)平； 步驟2:采集陀螺及加速度計在位置I的輸出信號； 步驟3:采集陀螺及加速度計在位置2的輸出信號； 步驟4:對陀螺常值漂移和加速度計零偏進(jìn)行補償； 步驟5:計算真北方位角；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:步驟2中所述的“采集陀螺及加速度計在位置I的輸出信號；”的具體步驟為: 步驟2.1:確定慣性坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間的方位關(guān)系: 慣性坐標(biāo)系0XiyiZi記為i系，地理坐標(biāo)系Oxnynzn(ONWT)記為η系，ON軸指北，OW軸指西，OT軸指天；圖中ω?(；表示地球自轉(zhuǎn)角速度，(^和ωτ分別表示地球自轉(zhuǎn)角速度在η系中北向分量和天頂分量:c^=Acosp、ar=aesimp,供表示當(dāng)?shù)鼐暥龋? 步驟2.2:確定地理坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系之間的方位關(guān)系:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:步驟3中所述的“采集陀螺及加速度計在位置2的輸出信號；”的具體步驟為: 步驟3.1:對初始位置陀螺和加速度計的輸出信號采集完畢后，通過力矩電機Mz控制轉(zhuǎn)臺R繞Zb軸轉(zhuǎn)動任意角度μ，設(shè)在初始狀態(tài)下機械轉(zhuǎn)動系為m系，與載體坐標(biāo)系b系重合，轉(zhuǎn)動后的機械轉(zhuǎn)動系為m1系,則m系到m1系的方向余弦矩陣為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:步驟3中所述的“對陀螺常值漂移和加速度計零偏進(jìn)行補償；”的具體步驟為: 步驟4.1:陀螺常值漂移的補償。把式(3)、(4)和式(7)、⑶分別對應(yīng)相減并忽略隨機漂移可得
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種任意二位置捷聯(lián)尋北方法，其特征在于:步驟5中所述的“計算真北方位角；計算真北方位角；”的幾種特殊情況下按下式計算: 步驟5.1: Θ = O、gamma = O (水平狀態(tài)下)
【文檔編號】G01C21/18GK103487053SQ201210190915
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月7日
【發(fā)明者】周召發(fā), 郭曉松, 黃先祥, 薛海建, 王振業(yè) 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)