[发明专利]一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一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；

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。

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。

进一步地，所述解算计算机设有与测试设备相连的CDU接口。

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。

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。

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。

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：

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并标记为ω_i(i=1、2、3)；

5）采用下述公式（1）计算粗寻北结果；

式中：ω_i(i=1、2、3)为三个位置，各个位置所采集的陀螺数据；ψ_粗为粗寻北结果，即基准线北向夹角；pi=3.1415926；

B、精寻北过程：

1）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1）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；