一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法，尋北儀包括機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙和電子艙，所述機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙包括：棱鏡式數(shù)字激光陀螺、傾角儀、轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)；電子艙包括：解算計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路和電子艙二次電源。尋北方法包括粗尋北和精尋北兩個(gè)過程，其中粗對(duì)準(zhǔn)采用三位置尋北法，精對(duì)準(zhǔn)采用兩位置尋北法。本發(fā)明尋北儀在車載環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)尋北精度高、功耗低、尋北時(shí)間短、可靠性高、成本低、體積小的功能，具備抗干擾能力，可在風(fēng)吹、人員走動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等引起的基座擾動(dòng)情況下完成尋北。
【專利說明】一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量其基準(zhǔn)邊與地理真北之間夾角的儀器，特別是一種基于尋北算法、機(jī)械編排、轉(zhuǎn)臺(tái)位置控制策略、擾動(dòng)基座情況下的數(shù)據(jù)處理的單軸激光陀螺尋北儀。
【背景技術(shù)】
[0002]尋北儀是測量其基準(zhǔn)邊與地理真北之間夾角的儀器，可為其他設(shè)備提供方位和姿態(tài)等信息，不僅在導(dǎo)彈發(fā)射的初始姿態(tài)測量，各種火炮的瞄準(zhǔn)、車載雷達(dá)的天線對(duì)準(zhǔn)等軍事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，而且在隧道建設(shè)、礦井測量等民用領(lǐng)域也必不可少。
[0003]當(dāng)前大多數(shù)尋北儀采用光纖陀螺、單軸轉(zhuǎn)臺(tái)及加速度計(jì)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)尋北功能，由于光纖陀螺核心部件的限制，其尋北精度難以再度提高，只能通過延長尋北時(shí)間提高尋北精度。有的單軸陀螺尋北儀也采用激光陀螺實(shí)現(xiàn)，但為了滿足非水平狀態(tài)下尋北精度，也增加了單軸或雙軸的加速度計(jì)測量水平夾角完成補(bǔ)償，導(dǎo)致硬件成本直接增加。
[0004]同時(shí)靜態(tài)尋北儀尋北精度，受風(fēng)吹、人員走動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等引起的基座擾動(dòng)影響較大，特別是車載尋北儀，難以有效隔離基座擾動(dòng)影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種針對(duì)車載環(huán)境下實(shí)現(xiàn)尋北精度高、功耗低、尋北時(shí)間短、可靠性高、成本低、體積小的單軸激光陀螺尋北儀，其具備一定的抗干擾能力，可在風(fēng)吹、人員走動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等引起的基座擾動(dòng)情況下完成尋北。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種單軸激光陀螺尋北儀，包括機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙和電子艙，所述機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙包括:棱鏡式數(shù)字激光陀螺、傾角儀、轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)；所述電子艙包括:解算計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路和電子艙二次電源；
[0008]其中，解算計(jì)算機(jī)分別連接棱鏡式數(shù)字激光陀螺、傾角儀、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路和電子艙二次電源；所述棱鏡式數(shù)字激光陀螺和傾角儀分別連接轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源；所述以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路連接電子艙二次電源，并通過以太網(wǎng)對(duì)外通訊接口連接以太網(wǎng)通訊網(wǎng)；所述轉(zhuǎn)臺(tái)控制器連接單軸轉(zhuǎn)臺(tái)。
[0009]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源和電子艙二次電源通過外接電源接口連接+16V?+32V電源。
[0010]進(jìn)一步地，所述解算計(jì)算機(jī)設(shè)有與測試設(shè)備相連的⑶U接口。
[0011]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)臺(tái)控制器包括單片機(jī)，單片機(jī)分別連接有信號(hào)調(diào)理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路；所述單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路和功率驅(qū)動(dòng)電路分別連接電源變換電路至24V電源；所述信號(hào)調(diào)理電路連接上位機(jī)；所述功率驅(qū)動(dòng)電路連接至步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)連接失電制動(dòng)器，失電制動(dòng)器連接光電編碼器至單軸轉(zhuǎn)盤。
[0012]進(jìn)一步地，所述光電編碼器連接信號(hào)調(diào)理電路，將光編位置反饋信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路輸送至上位機(jī)。[0013]進(jìn)一步地，所述失電制動(dòng)器連接制動(dòng)電路，制動(dòng)電路將單片機(jī)發(fā)出的失電制動(dòng)信號(hào)輸送至失電制動(dòng)器。
[0014]相應(yīng)地，本發(fā)明進(jìn)而給出了單軸激光陀螺尋北儀的尋北方法，該尋北方法包括粗尋北和精尋北兩個(gè)過程，其中粗尋北采用三位置尋北法，精尋北采用兩位置尋北法；具體流程如下:
[0015]A、粗尋北過程:
[0016]I)尋北儀首次上電或接收到來自以太網(wǎng)總線的尋北命令，將單軸轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整到轉(zhuǎn)臺(tái)零位，即尋北儀基準(zhǔn)線位置；
[0017]2)以單軸轉(zhuǎn)臺(tái)零位為第一個(gè)位置，每間隔120°作為第二、第三個(gè)位置；
[0018]3)轉(zhuǎn)臺(tái)依次旋轉(zhuǎn)到第一、第二、第三位置采集陀螺數(shù)據(jù)，每個(gè)位置各采集相同時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0019]4)將每個(gè)位置采集的陀螺數(shù)據(jù)各自累加并標(biāo)記為ω^=1、2、3)；
[0020]5)采用下述公式(I)計(jì)算粗尋北結(jié)果；
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種單軸激光陀螺尋北儀，包括機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙和電子艙，其特征在于，所述機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)艙包括:棱鏡式數(shù)字激光陀螺、傾角儀、轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源和單軸轉(zhuǎn)臺(tái)；所述電子艙包括:解算計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路和電子艙二次電源； 其中，解算計(jì)算機(jī)分別連接棱鏡式數(shù)字激光陀螺、傾角儀、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路和電子艙二次電源；所述棱鏡式數(shù)字激光陀螺和傾角儀分別連接轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源；所述以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路連接電子艙二次電源，并通過以太網(wǎng)對(duì)外通訊接口連接以太網(wǎng)通訊網(wǎng)；所述轉(zhuǎn)臺(tái)控制器連接單軸轉(zhuǎn)臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)艙二次電源和電子艙二次電源通過外接電源接口連接+16V~+32V電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述解算計(jì)算機(jī)設(shè)有與測試設(shè)備相連的⑶U接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺(tái)控制器包括單片機(jī)，單片機(jī)分別連接有信號(hào)調(diào)理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路；所述單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路和功率驅(qū)動(dòng)電路分別連接電源變換電路至24V電源；所述信號(hào)調(diào)理電路連接上位機(jī)；所述功率驅(qū)動(dòng)電路連接至步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)連接失電制動(dòng)器，失電制動(dòng)器連接光電編碼器至單軸轉(zhuǎn)盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述光電編碼器連接信號(hào)調(diào)理電路，將光編位置反饋信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路輸送至上位機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述失電制動(dòng)器連接制動(dòng)電路，制動(dòng)電路將單片機(jī)發(fā)出的失電制動(dòng)信號(hào)輸送至失電制動(dòng)器。
7.一種基于權(quán)利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀的尋北方法，其特征在于，該尋北方法包括粗尋北 和精尋北兩個(gè)過程，其中粗尋北采用三位置尋北法，精尋北采用兩位置尋北法；具體流程如下: A、粗尋北過程: 1)尋北儀首次上電或接收到來自以太網(wǎng)總線的尋北命令，將單軸轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整到轉(zhuǎn)臺(tái)零位，即尋北儀基準(zhǔn)線位置； 2)以單軸轉(zhuǎn)臺(tái)零位為第一個(gè)位置，每間隔120°作為第二、第三個(gè)位置； 3)轉(zhuǎn)臺(tái)依次旋轉(zhuǎn)到第一、第二、第三位置采集陀螺數(shù)據(jù)，每個(gè)位置各采集相同時(shí)間數(shù)據(jù)； 4)將每個(gè)位置采集的陀螺數(shù)據(jù)各自累加標(biāo)記為ο^α=1、2、3)； 5)采用下述公式(I)計(jì)算粗尋北結(jié)果；

YjSiniil1- pi/3)* (Oin /V粗=^taiT1 ?=0Z1(1)


/ J]cos(/.*/)/73”:^+1 _ / _ 式中:ω i (i=l、2、3)為三個(gè)位置，各個(gè)位置所采集的陀螺數(shù)據(jù)；Ψ ^為粗尋北結(jié)果，即基準(zhǔn)線北向夾角；pi=3.1415926 ； B、精尋北過程: I)根據(jù)步驟A中粗尋北過程得到的粗尋北結(jié)果，計(jì)算基準(zhǔn)線北向夾角為90°或270°對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角； 2)根據(jù)步驟I)中計(jì)算的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角，采用最短路徑原則，將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到基準(zhǔn)線夾角為90° ±5。或270° ±5。的方位，開始采集數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為T秒； 3)當(dāng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間到達(dá)T秒時(shí)，將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°至步驟2)中采集第一組數(shù)據(jù)時(shí)方位的對(duì)稱位置，開始采集第二組數(shù)據(jù)；4)當(dāng)?shù)诙M數(shù)據(jù)采集時(shí)間到達(dá)T秒后，結(jié)合步驟2)所采集的T秒數(shù)據(jù)，依據(jù)下述公式(2)完成數(shù)據(jù)解算，同時(shí)將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°至步驟3)中采集第二組數(shù)據(jù)時(shí)方位的對(duì)稱位置，開始采集第三組數(shù)據(jù)；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單軸激光陀螺尋北儀的尋北方法，其特征在于，所述精尋北過程步驟I)中，計(jì)算基準(zhǔn)線北向夾角為90°或270°對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角是將基準(zhǔn)線北向夾角為90°或270°減去基準(zhǔn)線北向夾角即得。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單軸激光陀螺尋北儀的尋北方法，其特征在于，所述精尋北過程步驟5)中，當(dāng)累計(jì)采集數(shù)據(jù)時(shí)間滿足5min時(shí)，或根據(jù)用戶要求設(shè)定具體采集時(shí)間，退出米集過程。
【文檔編號(hào)】G01C19/58GK103822624SQ201410090203
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】蔣軍彪, 李斌, 譚鵬立, 李雅俊, 王萌, 喬攀偉 申請人:西安北方捷瑞光電科技有限公司