一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法

摘要

本发明公开了一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法，属于精密仪器技术领域，其通过非完整周期寻北方法得到仪器架设粗北方向和陀螺摆动方程，以此建立快速限幅模型；通过两次方向相反的壳体转动使陀螺摆动一个逆转点与真北重合，当陀螺运动到该逆转点时快速步进，使陀螺摆动零位、逆转点、真北三者重合，陀螺在真北附近微幅摆动，完成限幅。本发明一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法，该方法为陀螺寻北仪提供了一种可靠高效的限幅方案，限幅时间稳定在半个摆动周期左右，且没有附加硬件要求，有效解决了传统限幅方法时间不稳定的不足，缩短了总体寻北时间。

主权项

一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：下放陀螺灵敏部，根据光电检测元件检测到的非完整周期陀螺灵敏部摆动光标信号位置序列x_n和对应时间序列t_n，计算粗北方向α_N和陀螺灵敏部的摆动方程α(t)，其具体包括以下步骤：步骤1.1：打开仪器电源，完成仪器自检，输入当地纬度值，启动陀螺转子达到额定转速；步骤1.2：下放陀螺灵敏部，由光电检测元件采集至少四分之一陀螺摆动周期T时间内陀螺灵敏部光标运动的位置时间序列x₁(t₁)、x₂(t₂)、x₃(t₃)…x_n(t_n)，共N组数据；步骤1.3：根据采集的位置序列x_n(t_n)，分析得到粗北方向α_N和陀螺灵敏部摆动方程α(t)，当陀螺灵敏部在地球自转和重力矩产生的进动综合作用下摆动时，陀螺灵敏部相对真北的摆动方程α(t)满足：α(t)＝λ(α_N‑Δα)+L_i sin(ωt+k_i)                   (1)式中：—陀螺灵敏部摆动平衡位置与真北夹角和陀螺灵敏部静摆零位与真北夹角的比值；D_B—悬带的扭力矩系数；—陀螺灵敏部指北力矩系数；H_G—陀螺转子的动量矩；ω_IE—地球的自转角速度；—仪器架设位置的纬度；L_i—第i次转动后陀螺灵敏部摆动幅值；ω＝2π/T—陀螺灵敏部摆动频率，与陀螺寻北仪设计参数及纬度相关的常值，已知量；k_i—第i次转动后陀螺灵敏部摆动相位，随机量，下放后确定；Δα—静摆零位与陀螺寻北仪光电检测元件零位的夹角，通过标定已知；α_N—真北偏离陀螺寻北仪光电检测元件零位的角度；λ(α_N‑Δα)—陀螺灵敏部摆动中心偏离真北的角度；α(t)—以真北为参照方向时陀螺灵敏部主轴随时间的摆动曲线；式中：d—陀螺灵敏部摆动中心与陀螺寻北仪光电检测元件零位的夹角；步骤2：根据陀螺灵敏部的初始摆动方程α(t)建立陀螺寻北仪限幅模型，得到仪器壳体三次转动的时刻t₀、t₁、t₂及对应的转动角度Δα₁、Δα₂、Δα₃和经纬仪度盘刻度值A₀、A₁、A₂、A₃，其具体包括以下步骤：步骤2.1：当系统计算出三次转动的时刻和对应角度时，记此时刻为t₀，经纬仪度盘读数为A₀，仪器壳体进行第一次迅速转动，回转电机带动仪器壳体朝使陀螺仪主轴向北进动的方向转动Δα₁＝α_N，使经纬仪度盘读数变为A₁，A₁＝A₀+Δα₁，确保仪器转动后陀螺仪主轴摆动的两个新逆转点在真北两侧；步骤2.2：当陀螺灵敏部继续进动到t₁时刻，回转电机带动仪器壳体由A₁位置转动到A₂位置，A₂＝A₁‑Δα₂，第二次转动完毕后，陀螺灵敏部摆动有一个逆转点C₂或C'₂与真北N重合；步骤2.3：陀螺灵敏部继续进动，t₂时刻回转电机带动仪器壳体朝与北向重合的逆转点方向转动Δα₃，经纬仪度盘读数由A₂变为A₃，A₃＝A₂+Δα₃；步骤3：根据步骤2中得到的仪器壳体三次转动的时刻t₀、t₁、t₂及对应的转动角度Δα₁、Δα₂、Δα₃和经纬仪度盘刻度值A₀、A₁、A₂、A₃，通过控制回转电机，最终使摆动逆转点、悬带零位和真北基本重合，陀螺在真北附近微幅摆动，完成限幅。