本发明涉及陀螺寻北仪技术，特别涉及一种陀螺寻北仪多位置寻北方法。
背景技术：
陀螺寻北仪在测绘、武器瞄准、精密仪器安装误差修正等方面具有较为广泛的用途。较为经典的瑞典产gyromat系列陀螺寻北仪精度可达到3″以内，该系列陀螺寻北仪采用的悬丝陀螺，且对使用环境较为敏感，一般适用于室内环境，在过高或过低的温度下，精度下降明显，且悬丝陀螺的吊丝非常脆弱，在倾斜或倒置条件下容易损坏，因此运输较为不便。近些年随着陀螺技术的发展，新型陀螺如光纤陀螺、挠性陀螺等也被应用于陀螺寻北仪。尽管其精度远不如gyromat系列陀螺寻北仪，但是也具有其它优势，如环境适应性较好，能适应高低温等极端温度，也可以适应倾斜甚至倒置的运输环境。因此，新型陀螺寻北仪也逐渐面世，相关技术蓬勃发展。
新型陀螺寻北仪一般包括一只陀螺仪，使用时须将陀螺寻北仪调平，在水平调平条件下，陀螺仪敏感地球自转角速度的北向分量，进而解算出陀螺寻北仪的方位角；由于陀螺仪存在着零偏，会影响寻北精度，因此，有陀螺寻北仪通过加入转位机构，进行多位置寻北，以消除陀螺零偏的影响，提高寻北精度；并且在陀螺寻北仪的使用过程中，调平一般都是人手动进行，调平难度大，且耗时长，因此针对这一问题，在陀螺寻北仪中加入加速度计，这样可使得陀螺寻北仪对调平精度要求大大降低。
一般的带有转位机构的陀螺寻北仪在进行多位置寻北时，对陀螺仪所处的位置没有限制要求，只要求第二个位置是在第一个位置基础上转动180°，且必须是精确的180°，否则直接影响寻北精度。
实际上这种方案面临着两个问题：(1)由于对陀螺仪的位置不进行限制，则有可能因为航向效应损失寻北精度，当陀螺仪敏感轴指向北或南时，寻北精度会较差。即不能充分发挥陀螺仪的精度。(2)转位机构要求严格转动180°，实际上对于自动控制的电机较为容易，但是对于手动转位机构，一般较难，然而这个转动的精确性直接影响寻北精度，必须要精确转动调整，耗时较长。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种陀螺寻北仪多位置寻北方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种陀螺寻北仪多位置寻北方法，其中，包括：第一步、进行陀螺寻北仪调平；第二步、陀螺寻北仪方位粗测，通过方位粗测，计算出在即将进行方位精测1时，转位机构需要转到的角度α1；第三步、陀螺寻北仪方位精测1，包括：调整陀螺寻北仪的转位机构，使其转动到角位置α1，记转位机构转动到的角位置为ω2，采集陀螺仪输出的角速度和加速度计输出的加速度，并进行平均，记平均后的角速度为ω2，平均后的加速度为a2；第四步、陀螺寻北仪方位精测2，包括：调整陀螺寻北仪的转位机构转动180°，记转动到的角位置为ω3，采集陀螺输出的角速度和加速度计输出的加速度，并进行平均，记平均后的角速度为ω3，平均后的加速度为a3；第五步、计算出寻北仪方位角，包括：陀螺寻北仪方位精测1以及陀螺寻北仪方位精测2的结果，计算陀螺寻北仪的方位角。
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，定义转位机构的零位与北向的夹角为陀螺寻北仪的方位角，且北偏东为正，范围为0～360°，陀螺寻北仪的功能即为精确地测量出该方位角；定义角位置传感器测量的转位机构的转动角度，当进行俯视时顺时针为正，范围为0～360°；定义陀螺仪的方位角为陀螺敏感轴与北向的夹角，且北偏东为正，范围为0～360°；定义地磁传感器敏感轴与北向地磁场的夹角为地磁方位角，且北偏东为正，范围为0～360°。
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，第一步、进行陀螺寻北仪调平，包括：陀螺寻北仪在工作前，需要将陀螺寻北仪固定在一个平台上，且平台需要调平，调平精度在5′以内。
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，第二步、陀螺寻北仪方位粗测，包括：陀螺寻北仪输入当地纬度l，开始进行方位粗测，粗测过程中采集陀螺仪输出的角速度和加速度计输出的加速度，并进行平均，假设平均出的角速度为ω1，平均出的加速度为a1，采集地磁传感器输出的地磁方位角
其中，ωn＝ωiecosl，ωie＝7.2921151467×10-5rad/s为地球自转角速度，g为当地重力加速度；
通过方位粗测，计算出在即将进行方位精测1时，转位机构需要转到的角度
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，陀螺寻北仪方位精测1中采集时间为120s～300s。
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，第五步、计算出寻北仪方位角，包括：
其中，δω＝ω3-ω2-π；
求得
陀螺寻北仪寻北结束。
根据本发明的陀螺寻北仪多位置寻北方法的一实施例，其中，陀螺寻北仪的内部装配关系：陀螺仪、加速度计和地磁传感器三个传感器的敏感轴重合，且安装在转位机构上，转位机构可带动陀螺仪、加速度计和地磁传感器转动，角位置传感器安装在转位机构上，可测量转位机构转动的角度。
本发明设计一种陀螺寻北仪多位置寻北方法，可在陀螺仪精度一定条件下，不受航向效应的影响，充分发挥陀螺仪的精度，使陀螺寻北仪寻北精度最高；且在寻北过程中，对陀螺仪需要转动的角度要求不严格，更易于手动调整实现。
附图说明
无
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明一种陀螺寻北仪多位置寻北方法包括：
陀螺寻北仪的组成：陀螺仪一只，加速度计一只，地磁传感器一只，转位机构一个，角位置传感器一个，信息处理电路一个。其中，陀螺仪用来敏感地球自转角速度，加速度计用来敏感重力，地磁传感器用来测量地磁方位角，转位机构用来带动陀螺仪、加速度计和地磁传感器转动，角位置传感器用来测量转位机构转动的角度，信息处理电路用来处理陀螺仪、加速度计和地磁传感器以及角位置传感器发送的信息，并解算出陀螺寻北仪的方位角。
定义转位机构的零位与北向的夹角为陀螺寻北仪的方位角，且北偏东为正，范围为0～360°，陀螺寻北仪的功能即为精确地测量出该方位角。
定义角位置传感器测量的转位机构的转动角度，当进行俯视时顺时针为正，范围为0～360°。
定义陀螺仪的方位角为陀螺敏感轴与北向的夹角，且北偏东为正，范围为0～360°。
定义地磁传感器敏感轴与北向地磁场的夹角为地磁方位角，且且北偏东为正，范围为0～360°。
陀螺寻北仪的内部装配关系：陀螺仪、加速度计和地磁传感器三个传感器的敏感轴重合，且安装在转位机构上，转位机构可带动陀螺仪、加速度计和地磁传感器转动，角位置传感器安装在转位机构上，可测量转位机构转动的角度。
需注意，在下面的寻北流程中，各物理量如未明确标注单位，则默认涉及到的角度的单位都是弧度(rad)，涉及到角速度的单位都是弧度/秒(rad/s)，涉及到的加速度的单位为米/秒2(m/s2)，其中弧度(rad)其与角度(°)的关系为：
r＝d·π/180
其中，r表示弧度，d表示角度，π＝3.1415926。
陀螺寻北仪多位置寻北流程：
第一步陀螺寻北仪调平
陀螺寻北仪需工作在基本水平条件下，因此，陀螺寻北仪在工作前，需要将陀螺寻北仪固定在一个平台上(一般为带平台的三角架)，且平台需要调平。调平精度在5′以内即可。
第二步陀螺寻北仪方位粗测
陀螺寻北仪开机，并输入当地纬度l，开始进行方位粗测。粗测时间一般为10s左右。粗测过程中采集陀螺仪输出的角速度和加速度计输出的加速度，并进行平均，假设平均出的角速度为ω1，平均出的加速度为a1，采集地磁传感器输出的地磁方位角
则可根据陀螺输出的角速度、加速度计输出的加速度和地磁传感器输出的地磁方位角计算出此时陀螺仪的方位角
其中，ωn＝ωiecosl，ωie＝7.2921151467×10-5rad/s为地球自转角速度，g为当地重力加速度，可近似取为9.8m/s2。
通过方位粗测，计算出在即将进行方位精测1时，转位机构需要转到的角度
第三步陀螺寻北仪方位精测1
调整陀螺寻北仪的转位机构，使其转动到角位置α1，可不必精确转动到α1，误差可以在1°以内。记转位机构转动到的角位置为ω2，采集陀螺仪输出的角速度和加速度计输出的加速度，采集时间可根据实际情况设定，一般为120s～300s，并进行平均，记平均后的角速度为ω2，平均后的加速度为a2。
第四步陀螺寻北仪方位精测2
调整陀螺寻北仪的转位机构转动180°，可不必精确转动180°，误差可以在1°以内。记转动到的角位置为ω3，采集陀螺输出的角速度和加速度计输出的加速度，采集时间可根据实际情况设定，一般为120s～300s，并进行平均，记平均后的角速度为ω3，平均后的加速度为a3。
第五步计算出寻北仪方位角
首先计算出在方位精测1时的陀螺仪的方位角
其中，δω＝ω3-ω2-π。
求得
陀螺寻北仪寻北结束。
本发明通过方位粗测，可初步确定陀螺仪敏感轴的方位角，从而在方位精测时，使陀螺仪敏感轴指向东向和西向，进而提高陀螺寻北仪的寻北精度。且采用新颖的寻北算法，使在进行方位精测时，转位机构不必严格转动180°，降低了转位机构调整的难度。
本发明设计了一种陀螺寻北仪多位置寻北方法，该方法具有以下优点：(1)克服航向效应，能将陀螺仪的精度发挥到极限，在陀螺仪精度一定条件下，达到最高的寻北精度；(2)在进行方位精测时，对转位机构的调整可不严格转动180°，降低转位机构调整的难度，更加易于操作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。