一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法
【專利摘要】本發明公開了一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法，尋北儀包括機械轉動艙和電子艙，所述機械轉動艙包括：棱鏡式數字激光陀螺、傾角儀、轉動艙二次電源和單軸轉臺；電子艙包括：解算計算機、轉臺控制器、以太網轉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過程，其中粗對準采用三位置尋北法，精對準采用兩位置尋北法。本發明尋北儀在車載環境下能夠實現尋北精度高、功耗低、尋北時間短、可靠性高、成本低、體積小的功能，具備抗干擾能力，可在風吹、人員走動、發動機振動等引起的基座擾動情況下完成尋北。
【專利說明】一種單軸激光陀螺尋北儀及其尋北方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量其基準邊與地理真北之間夾角的儀器，特別是一種基于尋北算法、機械編排、轉臺位置控制策略、擾動基座情況下的數據處理的單軸激光陀螺尋北儀。
【背景技術】
[0002]尋北儀是測量其基準邊與地理真北之間夾角的儀器，可為其他設備提供方位和姿態等信息，不僅在導彈發射的初始姿態測量，各種火炮的瞄準、車載雷達的天線對準等軍事領域有廣泛的應用，而且在隧道建設、礦井測量等民用領域也必不可少。
[0003]當前大多數尋北儀采用光纖陀螺、單軸轉臺及加速度計結合的方式實現尋北功能，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間提高尋北精度。有的單軸陀螺尋北儀也采用激光陀螺實現，但為了滿足非水平狀態下尋北精度，也增加了單軸或雙軸的加速度計測量水平夾角完成補償，導致硬件成本直接增加。
[0004]同時靜態尋北儀尋北精度，受風吹、人員走動、發動機振動等引起的基座擾動影響較大，特別是車載尋北儀，難以有效隔離基座擾動影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是設計一種針對車載環境下實現尋北精度高、功耗低、尋北時間短、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，可在風吹、人員走動、發動機振動等引起的基座擾動情況下完成尋北。
[0006]本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。
[0007]—種單軸激光陀螺尋北儀，包括機械轉動艙和電子艙，所述機械轉動艙包括:棱鏡式數字激光陀螺、傾角儀、轉動艙二次電源和單軸轉臺；所述電子艙包括:解算計算機、轉臺控制器、以太網轉換電路和電子艙二次電源；
[0008]其中，解算計算機分別連接棱鏡式數字激光陀螺、傾角儀、轉臺控制器、以太網轉換電路和電子艙二次電源；所述棱鏡式數字激光陀螺和傾角儀分別連接轉動艙二次電源；所述以太網轉換電路連接電子艙二次電源，并通過以太網對外通訊接口連接以太網通訊網；所述轉臺控制器連接單軸轉臺。
[0009]進一步地，所述轉動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]進一步地，所述解算計算機設有與測試設備相連的⑶U接口。
[0011]進一步地，所述轉臺控制器包括單片機，單片機分別連接有信號調理電路、功率驅動電路和制動電路；所述單片機、信號調理電路和功率驅動電路分別連接電源變換電路至24V電源；所述信號調理電路連接上位機；所述功率驅動電路連接至步進電機，步進電機通過減速機構連接失電制動器，失電制動器連接光電編碼器至單軸轉盤。
[0012]進一步地，所述光電編碼器連接信號調理電路，將光編位置反饋信號通過信號調理電路輸送至上位機。[0013]進一步地，所述失電制動器連接制動電路，制動電路將單片機發出的失電制動信號輸送至失電制動器。
[0014]相應地，本發明進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總線的尋北命令，將單軸轉臺調整到轉臺零位，即尋北儀基準線位置；
[0017]2)以單軸轉臺零位為第一個位置，每間隔120°作為第二、第三個位置；
[0018]3)轉臺依次旋轉到第一、第二、第三位置采集陀螺數據，每個位置各采集相同時間數據；
[0019]4)將每個位置采集的陀螺數據各自累加并標記為ω^=1、2、3)；
[0020]5)采用下述公式(I)計算粗尋北結果；
[0021]
【權利要求】
1.一種單軸激光陀螺尋北儀，包括機械轉動艙和電子艙，其特征在于，所述機械轉動艙包括:棱鏡式數字激光陀螺、傾角儀、轉動艙二次電源和單軸轉臺；所述電子艙包括:解算計算機、轉臺控制器、以太網轉換電路和電子艙二次電源； 其中，解算計算機分別連接棱鏡式數字激光陀螺、傾角儀、轉臺控制器、以太網轉換電路和電子艙二次電源；所述棱鏡式數字激光陀螺和傾角儀分別連接轉動艙二次電源；所述以太網轉換電路連接電子艙二次電源，并通過以太網對外通訊接口連接以太網通訊網；所述轉臺控制器連接單軸轉臺。
2.根據權利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述轉動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.根據權利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述解算計算機設有與測試設備相連的⑶U接口。
4.根據權利要求1所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述轉臺控制器包括單片機，單片機分別連接有信號調理電路、功率驅動電路和制動電路；所述單片機、信號調理電路和功率驅動電路分別連接電源變換電路至24V電源；所述信號調理電路連接上位機；所述功率驅動電路連接至步進電機，步進電機通過減速機構連接失電制動器，失電制動器連接光電編碼器至單軸轉盤。
5.根據權利要求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調理電路，將光編位置反饋信號通過信號調理電路輸送至上位機。
6.根據權利要求4所述的單軸激光陀螺尋北儀，其特征在于，所述失電制動器連接制動電路，制動電路將單片機發出的失電制動信號輸送至失電制動器。
7.一種基于權利要求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總線的尋北命令，將單軸轉臺調整到轉臺零位，即尋北儀基準線位置； 2)以單軸轉臺零位為第一個位置，每間隔120°作為第二、第三個位置； 3)轉臺依次旋轉到第一、第二、第三位置采集陀螺數據，每個位置各采集相同時間數據； 4)將每個位置采集的陀螺數據各自累加標記為ο^α=1、2、3)； 5)采用下述公式(I)計算粗尋北結果；
YjSiniil1- pi/3)* (Oin /V粗=^taiT1 ?=0Z1(1)
/ J]cos(/.*/)/73”:^+1 _ / _ 式中:ω i (i=l、2、3)為三個位置，各個位置所采集的陀螺數據；Ψ ^為粗尋北結果，即基準線北向夾角；pi=3.1415926 ； B、精尋北過程: I)根據步驟A中粗尋北過程得到的粗尋北結果，計算基準線北向夾角為90°或270°對應的轉臺旋轉角； 2)根據步驟I)中計算的轉臺旋轉角，采用最短路徑原則，將轉臺旋轉到基準線夾角為90° ±5。或270° ±5。的方位，開始采集數據，采集時間為T秒； 3)當數據采集時間到達T秒時，將轉臺旋轉180°至步驟2)中采集第一組數據時方位的對稱位置，開始采集第二組數據；4)當第二組數據采集時間到達T秒后，結合步驟2)所采集的T秒數據，依據下述公式(2)完成數據解算，同時將轉臺旋轉180°至步驟3)中采集第二組數據時方位的對稱位置，開始采集第三組數據；
8.根據權利要求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，計算基準線北向夾角為90°或270°對應的轉臺旋轉角是將基準線北向夾角為90°或270°減去基準線北向夾角即得。
9.根據權利要求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，當累計采集數據時間滿足5min時，或根據用戶要求設定具體采集時間，退出米集過程。
【文檔編號】G01C19/58GK103822624SQ201410090203
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】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