基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法，屬于精密儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，只利用一個擺式陀螺儀實(shí)現(xiàn)了全方位尋北，通過優(yōu)化設(shè)計陀螺儀角動量、靈敏部所處封閉空間阻尼系數(shù)和懸?guī)まD(zhuǎn)特性，將陀螺最大進(jìn)動速度位置與扭力零位間的夾角控制在合理的較小范圍內(nèi)，通過在陀螺進(jìn)動過程中適時快速轉(zhuǎn)動儀器使光電檢測元件能有效檢測出陀螺最大進(jìn)動速度位置與扭力零位間的夾角，并根據(jù)此夾角計算出初始架設(shè)偏北角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于陀螺最大進(jìn)動速度的快速粗尋北；合理設(shè)計了高精度尋北模式和快速尋北模式滿足對尋北時間和精度的不同要求。本發(fā)明為擺式陀螺尋北儀大偏北角架設(shè)時提供了一種可靠高效的尋北方案，具有廣泛的實(shí)用價值。
【專利說明】基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于精密儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]擺式陀螺尋北儀是一種用于檢測真北方向的精密定向儀器，由于其定向精度高，原理相對簡單，研制技術(shù)成熟，被廣泛應(yīng)用于軍民各個領(lǐng)域。
[0003]擺式陀螺尋北儀是利用金屬懸?guī)覓煲粋€重心下移的陀螺靈敏部，在重力矩作用下，陀螺儀主軸向真北方向進(jìn)動，根據(jù)陀螺儀主軸的運(yùn)動規(guī)律，通過檢測陀螺儀主軸的運(yùn)動，確定出真北方向。陀螺儀主軸運(yùn)動狀態(tài)檢測原理如圖1所示:陀螺靈敏部5內(nèi)部裝有陀螺儀轉(zhuǎn)子6，通過外部的導(dǎo)流絲3給陀螺儀轉(zhuǎn)子6供電，使陀螺儀轉(zhuǎn)子6沿轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生角動量H，角動量H的方向即為陀螺儀主軸的方向；懸掛柱4和陀螺靈敏部5固聯(lián)，并由懸?guī)懸掛于尋北儀殼體10上；擺鏡2用光學(xué)膠粘于懸掛柱4上部，可以和陀螺靈敏部5一起繞懸?guī)轉(zhuǎn)動；激光器9發(fā)出的光線經(jīng)擺鏡2反射后被光電檢測元件8接收，光電檢測元件8將光信號轉(zhuǎn)換為電 信號，由處理器7對相應(yīng)的電信號進(jìn)行處理；當(dāng)陀螺靈敏部5繞懸?guī)轉(zhuǎn)動時，光線經(jīng)擺鏡2反射后形成的光標(biāo)像就會在光電檢測元件8上產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動，光標(biāo)像的位置就對應(yīng)了陀螺儀主軸的方向；儀器殼體的轉(zhuǎn)動靠處理器7給出指令后控制回轉(zhuǎn)電機(jī)11進(jìn)行轉(zhuǎn)動。當(dāng)陀螺儀主軸偏離真北方向的角度較大時，會導(dǎo)致三方面的不足:首先，會使進(jìn)動速度過大而導(dǎo)致光電檢測元件難以捕捉到光標(biāo)像的運(yùn)動；其次，會使懸?guī)艿酱蠼嵌鹊呐まD(zhuǎn)而發(fā)生非彈性變形，嚴(yán)重時會導(dǎo)致懸?guī)p傷；最后，有可能致使導(dǎo)流絲纏繞而燒毀陀螺電機(jī)。這三大不足制約了擺式陀螺尋北儀實(shí)現(xiàn)全方位尋北。
[0004]目前，通常采用組合尋北方式來實(shí)現(xiàn)擺式陀螺尋北儀的全方位尋北，典型的組合尋北方式是利用電子羅盤或指北針與擺式陀螺尋北儀組合的方式來實(shí)現(xiàn)全方位尋北，這種方式的基本實(shí)現(xiàn)原理是首先利用電子羅盤或指北針進(jìn)行概略尋北，然后根據(jù)概略尋北結(jié)果將擺式陀螺尋北儀架設(shè)至真北附近再進(jìn)行精尋北。這種方式實(shí)現(xiàn)起來簡單但可靠性不高，主要是由于電子羅盤或指北針的抗電磁干擾能力較弱，在電磁干擾情況下的定向誤差有可能達(dá)到偏北40°而使這種組合尋北方式失效。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的鑒于擺式陀螺尋北儀全方位尋北技術(shù)的研究現(xiàn)狀與不足，提供了一種基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法，從陀螺進(jìn)動速度與陀螺儀主軸偏北方向的角度關(guān)系著手，有效解決了擺式陀螺尋北儀實(shí)現(xiàn)全方位尋北的技術(shù)問題，并能滿足不同尋北精度和尋北時間要求。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]方案一:
[0008]基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法，包括以下步驟:[0009]步驟1:啟動陀螺電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速；
[0010]步驟2:選擇尋北精度高于5"的高精度模式；
[0011]步驟3:粗尋北，并使陀螺儀主軸轉(zhuǎn)動至偏離真北±1°的范圍內(nèi)，包括以下步驟；
[0012]步驟3.1:利用基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度的粗尋北原理計算出擺式陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，其具體步驟如下:
[0013]步驟3.1.1:下放陀螺靈敏部；
[0014]步驟3.1.2:利用光電檢測元件檢測陀螺最大進(jìn)動速度S并計算陀螺最大進(jìn)動速度S時的位置B與懸?guī)Я阄籄tl之間的夾角Cb ；
[0015]當(dāng)陀螺最大進(jìn)動速度位置B位于光電檢測元件的檢測范圍(_L，L)內(nèi)時，利用光電檢測元件檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S和所在位置B，并計算懸?guī)Я阄籄tl與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角Cb ；
[0016]當(dāng)光標(biāo)像將要超出光電檢測元件的檢測范圍且仍沒有檢測到最大進(jìn)動速度時，控制回轉(zhuǎn)電機(jī)帶動陀螺儀殼體向陀螺儀進(jìn)動方向轉(zhuǎn)動角度β —至兩次，直至光電檢測元件可以檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S，并計算懸?guī)Я阄籄tl與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角CB。
[0017]步驟3.1.3:計算陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，計算時各角度與位置之間的關(guān)系滿足:
【權(quán)利要求】
1.基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:啟動陀螺電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速； 步驟2:選擇尋北精度高于5"的高精度模式； 步驟3:粗尋北，并使陀螺儀主軸轉(zhuǎn)動至偏離真北±1°的范圍內(nèi)，包括以下步驟； 步驟3.1:利用基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度的粗尋北原理計算出擺式陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，其具體步驟如下: 步驟3.1.1:下放陀螺靈敏部； 步驟3.1.2:利用光電檢測元件檢測陀螺最大進(jìn)動速度S并計算陀螺最大進(jìn)動速度S時的位置B與懸?guī)Я阄籄0之間的夾角Cb ； 當(dāng)陀螺最大進(jìn)動速度位置B位于光電檢測元件的檢測范圍(_L，L)內(nèi)時，利用光電檢測元件檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S和所在位置B，并計算懸?guī)Я阄籄0與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角Cb ；當(dāng)光標(biāo)像將要超出光電檢測元件的檢測范圍且仍沒有檢測到最大進(jìn)動速度時，控制回轉(zhuǎn)電機(jī)帶動陀螺儀殼體向陀螺儀進(jìn)動方向轉(zhuǎn)動角度β —至兩次，直至光電檢測元件可以檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S，并計算懸?guī)Я阄籄0與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角Cb ；步驟3.1.3:計算陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，計算時各角度與位置之間的關(guān)系滿足:
2.基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度粗尋北原理的全方位尋北方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:啟動陀螺電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速； 步驟2:選擇平均尋北時間不超過7分鐘的快速模式； 步驟3:粗尋北，并使陀螺儀主軸轉(zhuǎn)動至偏離真北方向±1°的范圍內(nèi)；步驟3.1:利用基于擺式陀螺最大進(jìn)動速度的粗尋北原理計算出擺式陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，其具體步驟如下: 步驟3.1.1:下放陀螺靈敏部； 步驟3.1.2:利用光電檢測元件檢測陀螺最大進(jìn)動速度S以及陀螺最大進(jìn)動速度S時的位置B與懸?guī)Я阄籄tl之間的夾角Cb ； 當(dāng)陀螺最大進(jìn)動速度位置B位于光電檢測元件的檢測范圍(_L，L)內(nèi)時，利用光電檢測元件檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S和所在位置B，并計算懸?guī)Я阄籄0與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角Cb ；當(dāng)光標(biāo)像將要超出光電檢測元件的檢測范圍且仍沒有檢測到最大進(jìn)動速度時，控制回轉(zhuǎn)電機(jī)帶動陀螺儀殼體向陀螺儀進(jìn)動方向轉(zhuǎn)動角度β —至兩次，直至光電檢測元件可以檢測出陀螺最大進(jìn)動速度S，并計算懸?guī)Я阄籄0與陀螺最大進(jìn)動速度位置B之間的夾角Cb ；步驟3.1.3:計算陀螺最大進(jìn)動速度位置B偏離真北方向N的角度α，計算時各角度與位置之間的關(guān)系滿足:
【文檔編號】G01C17/00GK103983259SQ201410235058
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王振業(yè), 戴宇佳, 郭曉松, 黃先祥, 譚力龍, 周召發(fā) 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)