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《寻北仪原理及典型指标参数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、北京七维航测科技股份有限公司BeijingSDiScience&TechnologyCo.,Ltd.寻北仪原理简介和分类寻北仪是罗盘的一种，是用来寻找某一位置的真北方向值。陀螺寻北仪又称陀螺罗盘，是利用陀螺原理测定地球自转角速率在当地水平面投影方向（即真北方位）的一种惯性测量系统。它的寻北过程无需外部参考。除受高纬度限制之外，它的寻北测量不受天气、昼夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。陀螺寻北仪是一种精密惯性测量仪器，通常用于为火炮、地对地导弹和地面雷达等机动武器系统提供方位参考。根据所用陀螺类型，陀螺寻北仪可分为以下三种：以二自由度
2、陀螺作为地球自转敏感器的寻北仪（如悬挂摆式陀螺寻北仪）以单轴速率陀螺作为敏感器的寻北仪（如捷联式陀螺寻北仪，高精度，例SDI-151）平台寻北系统陀螺寻北仪对环境的振动干扰（特别是对低频振动干扰）极为敏感。根据使用环境，陀螺寻北仪可分为地面架设的高精度寻北仪、车载陀螺寻北仪和船用动基座陀螺寻北仪三种。工作原理陀螺寻北仪原理陀螺仪是一种机械转动部件的惯性测量元件，具有耐冲击、灵敏度高、寿命长、功耗低、集成可靠等优点，是新一代捷联式惯性导航系统中理想的惯性器件。在基于陀螺的寻北应用中，采用的大多数方法是FOG转动固定角度，通过确定偏移量
3、计算相对北方向的夹角。为了精确指北，还必须消除FOG的漂移。一般使用一个旋转平台如图1所示，将陀螺置于动基座上，动基座平面平行于水平面，陀螺的敏感轴平行于动基座平面。开始寻北时，陀螺处于位置1，陀螺敏感轴与载体平行。假设陀螺敏感轴的初始方向与真北方向的夹角为。陀螺在位置1的输出值为；然后转动基座90°,在2位置测北京七维航测科技股份有限公司地址：海淀区西北旺镇永捷南路2号院2号楼北京七维航测科技股份有限公司BeijingSDiScience&TechnologyCo.,Ltd.得陀螺的输出值为。依次再转动两次90°，分别转到3和4的位置
4、，得到角速度和。图1.陀螺寻北示意图图2.地球自转在陀螺敏感轴上的投影假设测量点的纬度为，地球自转为，则1位置测得的角速度为：其中，为陀螺输出的零点漂移。同理可得：北京七维航测科技股份有限公司地址：海淀区西北旺镇永捷南路2号院2号楼北京七维航测科技股份有限公司BeijingSDiScience&TechnologyCo.,Ltd.在短时间内，假设陀螺的漂移为一常量，即：,则用此方法测量，可以消除陀螺的零偏，也不需要知道测量地点的纬度值。如果测量地点的纬度为已知值，那么可以只需测量1和3(或者2和4)两个位置便可以求出航向角。基座的倾斜对
5、寻北精度的影响上面的分析是基于动基座平面水平，即陀螺的敏感轴处于水平面内而得出的结论。如果安装陀螺的基座平面与水平面存在较大倾角，则寻北精度会受到较大的影响。下面分析当基座平面不水平时，倾角对方位角测量产生的影响。设载体的姿态角为,，，分别表示航向角、倾斜角和俯仰角。建立如下坐标系：1)地理坐标系OXnYnZn，其方向分别为东、北、天,如图3中左图所示。2)OX1Y1Z1坐标系,是坐标系OXnYnZn绕Zn轴旋逆时针转角得到。3)OX2Y2Z2坐标系，是坐标系OX1Y1Z1绕X1轴旋逆时针转角得到。4)载体坐标系OXbYbZb，是坐标系
6、OX2Y2Z2绕Y2轴旋逆时针转角得到。OXb,OYb,OZb分别为载体首尾线水平面及水平面法线方向，其中载体纵轴与OXb轴重合，陀螺坐标系与之重合，即陀螺敏感轴与OXb轴重合，如图3中右图所示。北京七维航测科技股份有限公司地址：海淀区西北旺镇永捷南路2号院2号楼北京七维航测科技股份有限公司BeijingSDiScience&TechnologyCo.,Ltd.图3.地理坐标系和载体坐标系可以得出地理坐标系OXnYnZn到陀螺坐标系OXbYbZb的转换矩阵为：在地理坐标系OXnYnZn中地球自转角速率的分量为(0,,),经过OXnYnZ
7、n到OXbYbZb的变换后，在陀螺坐标系OXbYbZb中地球自转角速率的分量为：而即为陀螺的敏感轴方向，可以得到陀螺的输出为：当和为零，即转台完全水平时，公式(9)与公式(1)一致。依次旋转90°角度后，可以测得陀螺在1、2、3和4位置的输出为：北京七维航测科技股份有限公司地址：海淀区西北旺镇永捷南路2号院2号楼北京七维航测科技股份有限公司BeijingSDiScience&TechnologyCo.,Ltd.在测量时间内假设，可以求得：其中在实际测量中，可以通过一个加速度传感器来测得平台的倾斜角和。加速度计的敏感轴与OYb平行。在地理
8、坐标系OXnYnZn中地球重力加速度为(0,0,-g)，则在载体坐标系OXbYbZb中各轴的重力分量为：因此加速度计在四个位置的输出为：北京七维航测科技股份有限公司地址：海淀区西北旺镇永捷南路2号院2号楼北
