一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法
【专利摘要】本发明公开了一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法，寻北仪包括机械转动舱和电子舱，所述机械转动舱包括：棱镜式数字激光陀螺、倾角仪、转动舱二次电源和单轴转台；电子舱包括：解算计算机、转台控制器、以太网转换电路和电子舱二次电源。寻北方法包括粗寻北和精寻北两个过程，其中粗对准采用三位置寻北法，精对准采用两位置寻北法。本发明寻北仪在车载环境下能够实现寻北精度高、功耗低、寻北时间短、可靠性高、成本低、体积小的功能，具备抗干扰能力，可在风吹、人员走动、发动机振动等引起的基座扰动情况下完成寻北。
【专利说明】一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量其基准边与地理真北之间夹角的仪器，特别是一种基于寻北算法、机械编排、转台位置控制策略、扰动基座情况下的数据处理的单轴激光陀螺寻北仪。
【背景技术】
[0002]寻北仪是测量其基准边与地理真北之间夹角的仪器，可为其他设备提供方位和姿态等信息，不仅在导弹发射的初始姿态测量，各种火炮的瞄准、车载雷达的天线对准等军事领域有广泛的应用，而且在隧道建设、矿井测量等民用领域也必不可少。
[0003]当前大多数寻北仪采用光纤陀螺、单轴转台及加速度计结合的方式实现寻北功能，由于光纤陀螺核心部件的限制，其寻北精度难以再度提高，只能通过延长寻北时间提高寻北精度。有的单轴陀螺寻北仪也采用激光陀螺实现，但为了满足非水平状态下寻北精度，也增加了单轴或双轴的加速度计测量水平夹角完成补偿，导致硬件成本直接增加。
[0004]同时静态寻北仪寻北精度，受风吹、人员走动、发动机振动等引起的基座扰动影响较大，特别是车载寻北仪，难以有效隔离基座扰动影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是设计一种针对车载环境下实现寻北精度高、功耗低、寻北时间短、可靠性高、成本低、体积小的单轴激光陀螺寻北仪，其具备一定的抗干扰能力，可在风吹、人员走动、发动机振动等引起的基座扰动情况下完成寻北。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
[0007]—种单轴激光陀螺寻北仪，包括机械转动舱和电子舱，所述机械转动舱包括:棱镜式数字激光陀螺、倾角仪、转动舱二次电源和单轴转台；所述电子舱包括:解算计算机、转台控制器、以太网转换电路和电子舱二次电源；
[0008]其中，解算计算机分别连接棱镜式数字激光陀螺、倾角仪、转台控制器、以太网转换电路和电子舱二次电源；所述棱镜式数字激光陀螺和倾角仪分别连接转动舱二次电源；所述以太网转换电路连接电子舱二次电源，并通过以太网对外通讯接口连接以太网通讯网；所述转台控制器连接单轴转台。
[0009]进一步地，所述转动舱二次电源和电子舱二次电源通过外接电源接口连接+16V?+32V电源。
[0010]进一步地，所述解算计算机设有与测试设备相连的⑶U接口。
[0011]进一步地，所述转台控制器包括单片机，单片机分别连接有信号调理电路、功率驱动电路和制动电路；所述单片机、信号调理电路和功率驱动电路分别连接电源变换电路至24V电源；所述信号调理电路连接上位机；所述功率驱动电路连接至步进电机，步进电机通过减速机构连接失电制动器，失电制动器连接光电编码器至单轴转盘。
[0012]进一步地，所述光电编码器连接信号调理电路，将光编位置反馈信号通过信号调理电路输送至上位机。[0013]进一步地，所述失电制动器连接制动电路，制动电路将单片机发出的失电制动信号输送至失电制动器。
[0014]相应地，本发明进而给出了单轴激光陀螺寻北仪的寻北方法，该寻北方法包括粗寻北和精寻北两个过程，其中粗寻北采用三位置寻北法，精寻北采用两位置寻北法；具体流程如下:
[0015]A、粗寻北过程:
[0016]I)寻北仪首次上电或接收到来自以太网总线的寻北命令，将单轴转台调整到转台零位，即寻北仪基准线位置；
[0017]2)以单轴转台零位为第一个位置，每间隔120°作为第二、第三个位置；
[0018]3)转台依次旋转到第一、第二、第三位置采集陀螺数据，每个位置各采集相同时间数据；
[0019]4)将每个位置采集的陀螺数据各自累加并标记为ω^=1、2、3)；
[0020]5)采用下述公式(I)计算粗寻北结果；
[0021]
【权利要求】
1.一种单轴激光陀螺寻北仪，包括机械转动舱和电子舱，其特征在于，所述机械转动舱包括:棱镜式数字激光陀螺、倾角仪、转动舱二次电源和单轴转台；所述电子舱包括:解算计算机、转台控制器、以太网转换电路和电子舱二次电源； 其中，解算计算机分别连接棱镜式数字激光陀螺、倾角仪、转台控制器、以太网转换电路和电子舱二次电源；所述棱镜式数字激光陀螺和倾角仪分别连接转动舱二次电源；所述以太网转换电路连接电子舱二次电源，并通过以太网对外通讯接口连接以太网通讯网；所述转台控制器连接单轴转台。
2.根据权利要求1所述的单轴激光陀螺寻北仪，其特征在于，所述转动舱二次电源和电子舱二次电源通过外接电源接口连接+16V~+32V电源。
3.根据权利要求1所述的单轴激光陀螺寻北仪，其特征在于，所述解算计算机设有与测试设备相连的⑶U接口。
4.根据权利要求1所述的单轴激光陀螺寻北仪，其特征在于，所述转台控制器包括单片机，单片机分别连接有信号调理电路、功率驱动电路和制动电路；所述单片机、信号调理电路和功率驱动电路分别连接电源变换电路至24V电源；所述信号调理电路连接上位机；所述功率驱动电路连接至步进电机，步进电机通过减速机构连接失电制动器，失电制动器连接光电编码器至单轴转盘。
5.根据权利要求4所述的单轴激光陀螺寻北仪，其特征在于，所述光电编码器连接信号调理电路，将光编位置反馈信号通过信号调理电路输送至上位机。
6.根据权利要求4所述的单轴激光陀螺寻北仪，其特征在于，所述失电制动器连接制动电路，制动电路将单片机发出的失电制动信号输送至失电制动器。
7.一种基于权利要求1所述的单轴激光陀螺寻北仪的寻北方法，其特征在于，该寻北方法包括粗寻北 和精寻北两个过程，其中粗寻北采用三位置寻北法，精寻北采用两位置寻北法；具体流程如下: A、粗寻北过程: 1)寻北仪首次上电或接收到来自以太网总线的寻北命令，将单轴转台调整到转台零位，即寻北仪基准线位置； 2)以单轴转台零位为第一个位置，每间隔120°作为第二、第三个位置； 3)转台依次旋转到第一、第二、第三位置采集陀螺数据，每个位置各采集相同时间数据； 4)将每个位置采集的陀螺数据各自累加标记为ο^α=1、2、3)； 5)采用下述公式(I)计算粗寻北结果；
YjSiniil1- pi/3)* (Oin /V粗=^taiT1 ?=0Z1(1)
/ J]cos(/.*/)/73”:^+1 _ / _ 式中:ω i (i=l、2、3)为三个位置，各个位置所采集的陀螺数据；Ψ ^为粗寻北结果，即基准线北向夹角；pi=3.1415926 ； B、精寻北过程: I)根据步骤A中粗寻北过程得到的粗寻北结果，计算基准线北向夹角为90°或270°对应的转台旋转角； 2)根据步骤I)中计算的转台旋转角，采用最短路径原则，将转台旋转到基准线夹角为90° ±5。或270° ±5。的方位，开始采集数据，采集时间为T秒； 3)当数据采集时间到达T秒时，将转台旋转180°至步骤2)中采集第一组数据时方位的对称位置，开始采集第二组数据；4)当第二组数据采集时间到达T秒后，结合步骤2)所采集的T秒数据，依据下述公式(2)完成数据解算，同时将转台旋转180°至步骤3)中采集第二组数据时方位的对称位置，开始采集第三组数据；
8.根据权利要求7所述的单轴激光陀螺寻北仪的寻北方法，其特征在于，所述精寻北过程步骤I)中，计算基准线北向夹角为90°或270°对应的转台旋转角是将基准线北向夹角为90°或270°减去基准线北向夹角即得。
9.根据权利要求7所述的单轴激光陀螺寻北仪的寻北方法，其特征在于，所述精寻北过程步骤5)中，当累计采集数据时间满足5min时，或根据用户要求设定具体采集时间，退出米集过程。
【文档编号】G01C19/58GK103822624SQ201410090203
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】蒋军彪, 李斌, 谭鹏立, 李雅俊, 王萌, 乔攀伟 申请人:西安北方捷瑞光电科技有限公司