一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法
【【技术领域】】
[0001] 本发明属于精密仪器【技术领域】，具体涉及一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法。【【背景技术】】
[0002]摆式陀螺寻北仪是一种全天候、不依赖其他条件能够测定真北方位的精密定向仪器，广泛应用于军民各个领域。
[0003]摆式陀螺寻北仪利用金属悬带悬挂一个重心下移的陀螺灵敏部，在重力矩和地球自转的综合作用下，陀螺仪主轴围绕真北附近往复摆动，根据陀螺仪主轴的运动规律，通过检测陀螺仪主轴摆动的平衡位置，就可以确定出真北方向。陀螺仪主轴运动状态检测原理如图1所示:陀螺灵敏部5内部装有陀螺仪转子6，通过外部的导流丝3给陀螺仪转子6供电，使陀螺仪转子6沿转子轴转动而产生角动量H，角动量H的方向即为陀螺仪主轴的方向；悬挂柱4和陀螺灵敏部5固联，并由悬带I悬挂于寻北仪壳体10上；摆镜2用光学胶粘于悬挂柱4上部，可以和陀螺灵敏部5 —起绕悬带I转动；激光器9发出的光线经摆镜2反射后被光电检测兀件8接收,光电检测兀件8将光信号转换为电信号，由处理器7对相应的电信号进行处理；当陀螺灵敏部5绕悬带I转动时，光线经摆镜2反射后形成的光标像就会在光电检测元件8上产生相应的运动，光标像的位置就对应了陀螺仪主轴的方向；仪器壳体的转动靠处理器7给出指令后控制回转电机11进行转动。
[0004]陀螺灵敏部下放后的初始摆幅受北向位置、锁放机构形式及下放稳定性等因素影响，很难全部落在光电检测元件检测敏区范围内，而精寻北时，为了保证寻北精度，通常要求摆幅全部落在光电敏区范围内，便于监测、计算及数据处理。因此，必须采用适当的方法限制摆幅。目前，限制陀螺灵敏部摆幅通常采用电磁阻尼法和步进法。白云超，等在其文献《自动化陀螺经纬仪中阻尼力矩器的设计》(西安科技大学学报，2009.11,29(6):752-755.)中指出流行的电磁阻尼法有三点不足:1、动子线圈固定在陀螺灵敏部上，使陀螺灵敏部的结构尺寸在长度方向增长较多，导致仪器整体尺寸变大，同时对陀螺灵敏部结构的对称性有一定影响；2、由于必须先把陀螺灵敏部装入随动筒后，才能将定子线圈固定在随动筒的筒壁上，定子线圈的安装十分不方便，很难保证其位于动子线圈的中心位置；3、需增加两根导流丝为动子线圈供电，过多的导流丝会影响陀螺灵敏部摆动零位的稳定性。王缜，等在其文献《摆式陀螺寻北仪的积分测量方法》(光学精密工程，2007.05，15 (5) =746-752)中详细阐述了步进法的思想原理。步进法具有稳定性好、没有对硬件的附加要求等优点，但步进法的限幅时间太长，限制了总体寻北时间的进一步缩短。因此，如何实现快速限幅是陀螺寻北技术的关键问题之一。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种摆式陀螺寻北仪快速逼近真北并限幅的方法，其能够使摆式陀螺寻北仪在半个不跟踪周期内完成限幅，缩短总体寻北时间，提闻限幅效率。[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法，包括以下步骤:
[0008]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Xn和对应时间序列tn，计算粗北方向α Ν和陀螺灵敏部的摆动方程a (t)，其具体包括以下步骤:
[0009]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;
[0010]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 U1)、X2 (t2)、X3 (t3)…xM(tM)，共M组数据；
[0011]步骤1.3:根据采集的位置序列Xn(tn)，分析得到粗北方向CIn和陀螺灵敏部摆动方程a (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a (t)满足:
[0012]α ⑴=λ ( Δ α + a J+LiSin (ω t+kj (I)
[0013]式中:
[0014]
【权利要求】
1.一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Xn和对应时间序列、，计算粗北方向CIn和陀螺灵敏部的摆动方程a (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 U1)、X2 (t2)、X3 (t3)…xM(tM)，共M组数据； 步骤1.3:根据采集的位置序列Xn(tn)，分析得到粗北方向α η和陀螺灵敏部摆动方程a (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a (t)满足:
a (t) = λ ( Δ α + a J+LiSin (ω t+k》 (I) 式中:
2.根据权利要求1所述的一种摆式陀螺寻北仪快速限幅方法，其特征在于，步骤I中:设Cli表示第i次转动后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，陀螺灵敏部相对光电检测元件零位的角位移x(t)描述为:
X (t) = LiSin (ω t+kj) +(Ii = Acos (ω t) +Bsin (ω t) +(Ii (3) 其中:ω能够事先标定出来,为已知量，A、B、d参数未知,通过分析采集到的陀螺灵敏部光标信号确定；实际工程应用上，x(t)和t要进行离散化处理，应该描述为xn(tn)，又因为光标信号测量中总会受到随机误差en(tn)的影响，所以工程上实际检测到的角位移x(t)应该描述为:
xn (tn) = Acos (ω?η) +Bsin (ω?η) +d+ ε n(tn) (4) 利用最小二乘原理确定参数d，根据步骤1.2采集的位置时间序列Xn(tn)将曲线拟合均方差表达为:
【文档编号】G01C19/04GK103994759SQ201410234695
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】谭力龙, 戴宇佳, 王振业, 郭晓松, 黄先祥, 陈志翔 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程大学