陀螺经纬仪快速寻北的算法研究

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1、硕士学位论文陀螺经纬仪快速寻北的算法研究AlgorithmStudyonFastNorth—seekingofGyro-theodolite学科专业：测试计量技术及仪器研究生：张金梅指导教师：林玉池教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零零八年五月摘要陀螺经纬仪的寻北测量不受气候条件、地磁场和其它磁场的影响，在任何时间和地点(南、北极除外)可以进行全天候的自主寻北测量，它已经成为工程测量和军事领域中用于定向的主要仪器之一。传统的陀螺经纬仪大多采用人工操作，工作繁重、测量时间长、随机误差较大。为了实现仪器工作的自动化

2、、开发高精、快速寻北算法，本课题设计了一套基于PC机的陀螺仪自动寻北测量系统。该系统分为陀螺经纬仪、数据采集和测量软件三个部分。陀螺经纬仪是进行寻北测量的信号源。数据采集部分为系统的硬件，其实现过程是CCD采集陀螺灵敏部光标信号，单片机进行预处理，后经USB口传送至PC机做进一步处理。测量软件指PC机中寻北软件，它实现了数据接收、智能诊断、曲线显示、数据拟合、结果计算、数据量保存和灵敏部上托、下放控制等功能。在PC机寻北软件中，设计出了面向对象的人工操作、显示界面，不仅使仪器操作变得简单，还可以实时显示光标运动的当

3、前位置和整个运动曲线，使观察更方便。对灵敏部运动的智能诊断，能够及时发现问题减小损坏仪器的可能性。USB接口应用的广泛性，被用于实现硬件与PC机之间的数据通讯。对实验数据的拟合，有效减小灵敏部下放后因抖动而产生的随机误差。系统中还集成了多种寻北算法：加速度寻北法、中天法、实时中天法、周期积分法、1／4周期法、数据库查询法，它们各有利弊，使用者可以根据不同的要求选择不同的算法以达到最佳效果。系统中新添加的数据库查询法是在原有实验数据基础上开发的，它不仅实现过程简单，还使陀螺仪在寻北时间为3分钟时精度达到了l9。，相较

4、其它各种算法均有明显的优势。关键词：陀螺经纬仪寻北算法自动寻北系统中天法数据库查询法ABSTRACTThemeasurementofGyro-theodolitehasnothingwiththeeffectsofweather,earthandothermagneticfield，itcancarryoutautonomousnorth-seekingatanytimeandplace(expecttheAntarcticandtheArctic)，SOithasbecomeoneofthemaininstrum

5、entsdirectedinengineeringandmilitaryfields．Mosttraditionalgyrousedmanual，workloadwasheavy，measuringtimewaslong，randomerrorwasalsolarge．Inordertoautomatingoperation，developingalgorithmswithhighprecisionandshorttime，theissuedesignsanorth-seekingsystemofGyro-theo

6、dolitebasedonPC．Thesystemincludesthreepartsofgyro-theodolite，datacollectionandmeasurementsoftware．Gyroisthesignalsourceofmeasurement．Datacollectionmeanshardwareofthesystem，itsImplementationprocessisthatthecoursesignaliscollectedbyCCD，pre-treatedbySCM，andtransm

7、ittedtoPCforfurtherprocessingviaUSB．Measurementsoftwareisthenorth-seekingsoftwareinPC，itrealizesthefunctionsofdatareception，intelligentdiagnosis，curvedisplaying，datafitting，resultcalculating，datapreservationandup／downcontrolofsensitivecomponent．Inthenorth-seek

8、ingsoftwareinPC，object-orientedinterfaceusedforoperatingandshowingisdesigned，notonlyoperationsimplify，butalsocurrentlocationandentiremovementcurvedisplayreal—timethenmaketheobserva