基于摆式陀螺最大进动速度粗寻北原理的全方位寻北方法

摘要

本发明公开了一种基于摆式陀螺最大进动速度粗寻北原理的全方位寻北方法，属于精密仪器技术领域，只利用一个摆式陀螺仪实现了全方位寻北，通过优化设计陀螺仪角动量、灵敏部所处封闭空间阻尼系数和悬带扭转特性，将陀螺最大进动速度位置与扭力零位间的夹角控制在合理的较小范围内，通过在陀螺进动过程中适时快速转动仪器使光电检测元件能有效检测出陀螺最大进动速度位置与扭力零位间的夹角，并根据此夹角计算出初始架设偏北角，进而实现基于陀螺最大进动速度的快速粗寻北；合理设计了高精度寻北模式和快速寻北模式满足对寻北时间和精度的不同要求。本发明为摆式陀螺寻北仪大偏北角架设时提供了一种可靠高效的寻北方案，具有广泛的实用价值。

主权项

基于摆式陀螺最大进动速度粗寻北原理的全方位寻北方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：启动陀螺电机至额定转速；步骤2：选择寻北精度高于5″的高精度模式；步骤3：粗寻北，并使陀螺仪主轴转动至偏离真北±1°的范围内，包括以下步骤；步骤3.1：利用基于摆式陀螺最大进动速度的粗寻北原理计算出摆式陀螺最大进动速度位置B偏离真北方向N的角度α，其具体步骤如下：步骤3.1.1：下放陀螺灵敏部；步骤3.1.2：利用光电检测元件检测陀螺最大进动速度S并计算陀螺最大进动速度S时的位置B与悬带零位A₀之间的夹角C_B；当陀螺最大进动速度位置B位于光电检测元件的检测范围(‑L，L)内时，利用光电检测元件检测出陀螺最大进动速度S和所在位置B，并计算悬带零位A₀与陀螺最大进动速度位置B之间的夹角C_B；当光标像将要超出光电检测元件的检测范围且仍没有检测到最大进动速度时，控制回转电机带动陀螺仪壳体向陀螺仪进动方向转动角度β一至两次，直至光电检测元件可以检测出陀螺最大进动速度S，并计算悬带零位A₀与陀螺最大进动速度位置B之间的夹角C_B；步骤3.1.3：计算陀螺最大进动速度位置B偏离真北方向N的角度α，计算时各角度与位置之间的关系满足：$sin\alpha =\frac{-D_B{C}_B-nS}{D_K}---\left(1\right)$式中：D_B表示悬带扭矩系数，由悬带材料性质决定；D_K表示陀螺指北力矩系数，它由角动量H、仪器架设位置的纬度和地球自转角速度ω_ie决定；n表示陀螺灵敏部所处空间的阻尼系数；C_B＝α‑ΔN<0，表示最大进动速度位置B与悬带零位A₀之间的夹角，由步骤3.1.2检测得到，通过设计合理的陀螺灵敏部结构参数、陀螺转速和选择合适的金属悬带使C_B≤2L，以确保光电检测元件能检测出最大进动速度的位置；S表示步骤3.1.2测得的最大进动速度，因为规定陀螺仪架设偏北的位移取“+”，在指北力矩作用下，陀螺仪主轴必定向真北方向N进动，与位移方向相反，所以S取“‑”；令求解式(1)得陀螺最大进动速度位置B偏离真北方向N的角度α在0～π范围内的两个可能解α₁₀和α₂₀，其中，α₁₀≤α₂₀：α₁₀＝arcsinK  (2)α₂₀＝π‑arcsinK  (3)步骤3.2：计算悬带零位A₀偏离真北方向N的角度ΔN₁₀和ΔN₂₀：ΔN₁₀＝α₁₀‑C_B  (4)ΔN₂₀＝α₂₀‑C_B  (5)步骤3.3：锁紧陀螺灵敏部；步骤3.4：根据角度ΔN₁₀控制回转电机带动寻北仪壳体转动；如果ΔN₁₀＝0，则控制回转电机带动寻北仪壳体转动10°，重复步骤3.1至步骤3.4；如果ΔN₁₀≠0，则控制回转电机带动陀螺仪壳体转动ΔN₁₀；步骤3.5：重复步骤3.1至步骤3.3，得到第二组悬带零位A₀偏离真北方向N的角度ΔN₁₁和ΔN₂₂，根据ΔN₁₁取值判断陀螺仪主轴是否位于真北附近；如果ΔN₁₁≈0，则说明陀螺仪主轴已经位于真北附近；如果ΔN₁₁不近似为0，则说明陀螺仪主轴没有位于真北附近，此时控制回转电机带动陀螺仪壳体转动角度ΔN₂₀和ΔN₁₀；步骤4：制动陀螺电机；步骤5：下放陀螺灵敏部；步骤6：检测悬带零位；步骤7：锁紧陀螺灵敏部；步骤8：启动陀螺电机至额定转速；步骤9：下放陀螺灵敏部；步骤10：采用步进法限制陀螺灵敏部的摆幅；步骤11：精寻北测量，得到陀螺北方位；步骤12：锁紧陀螺灵敏部，制动陀螺电机，同时输出陀螺北方向。