[发明专利]一种任意二位置捷联寻北方法

说明书

技术领域

本发明属于陀螺定向寻北技术领域，涉及一种任意两个位置捷联式快速寻北方法。

背景技术

捷联式陀螺寻北仪是一种能在静态下全天候自动指示方位的高精度惯性仪表，在军事和民用部门均有广阔的应用前景，军事上的导弹、火炮等武器系统的快速精确定位定向以及民用中的精密大地测量、矿井工程及贯通测量都需要非常精确的方位基准。

目前国内外研制生产的捷联寻北仪多采用的是二位置、四位置以及多位置寻北方案，如中国北方自动控制技术研究所研制的二位置(相差180°)数字捷联寻北仪；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的基于动调陀螺的多位置捷联寻北仪；航天发射技术研究所研制的TXC-2陀螺指北仪；西安测绘研究所研制的基于旋转调制技术的自动陀螺寻北仪等等。基于这些寻北方案而研制的寻北仪有各自优点，但大都存在寻北定向时间过久的问题，这大大增加了寻北仪应用领域的技术准备时间；单位置寻北方法寻北速度很快，但是由于陀螺常值漂移的影响精度太低，没有实用价值。为此，通过研究一种新的捷联式全方位快速寻北方法，来简化寻北过程的复杂程度，在保证一定精度的前提下缩短寻北时间是非常有必要的。在本发明以前的传统捷联寻北方法中，要么要求陀螺仪的数据采集位置过多(四位置、多位置等)；要么要求陀螺仪必须在相差固定的位置上进行数据测量(二位置的180°、四位置的90°)。测量位置过多、相差过大以及精确地位置定位不仅操作过程繁琐，而且耗时较长，大大增加了捷联寻北系统的定向时间。

发明内容

针对现有的捷联寻北方法存在的不足，本发明提供一种基于陀螺漂移特性的任意二位置捷联式全方位快速寻北方法，其设计目的在于：通过在任意两个位置上对陀螺和加速度计的输出信号进行采集，在有效补偿陀螺常值漂移和加速度计零偏对寻北精度影响的前提下，一方面，本发明相对于传统二位置法可以在相差较小(＜180°)的两个位置进行寻北测量，从而减少转台转动时间，在一定程度上节省整个寻北过程的时间；另一方面，本发明在相差任意角度的两个位置上对陀螺进行采样，取消了准确的转台定位系统，只需准确测量转台转动的角度，操作简单，避免了需要精确定位而引进的误差源。

为达成上述发明目的，现将本发明技术解决方案叙述如下：

本发明一种任意二位置捷联寻北方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：寻北仪通电、系统粗调平；

捷联寻北仪的结构主体主要由一个陀螺G和两个加速度计A_x、A_y组成(如图1所示其中：G-陀螺；A_x-加速度计1；A_y-加速度计2；M_z-力矩电机；R-转台；L-测角装置；x_by_bz_b-陀螺载体坐标系；)，陀螺G用于敏感地球自转角速度分量，加速度计A_x、A_y用于敏感陀螺x轴、y轴的倾斜角，即图3中的俯仰角θ和横滚角γ；寻北系统工作时，先供电一段时间，根据加速度计A_x和A_y的输出信号对整个系统进行粗略调平；

步骤2：采集陀螺及加速度计在位置1(初始位置)的输出信号；

步骤2.1：确定惯性坐标系与地理坐标系之间的方位关系：

如图2所示为惯性坐标系与地理坐标系之间的方位关系示意图，惯性坐标系Ox_iy_iz_i记为i系，地理坐标系Ox_ny_nz_n(ONWT)记为n系，ON轴指北，OW轴指西，OT轴指天；图中ω_ie表示地球自转角速度，ω_N和ω_T分别表示地球自转角速度在n系中北向分量和天顶分量：表示当地纬度；

步骤2.2：确定地理坐标系与载体坐标系之间的方位关系：

如图3所示，b系为陀螺载体坐标系，初始时与地理坐标系重合，载体的姿态角α、θ、γ分别表示方位角、俯仰角和横滚角，它表示n系先以角速度绕z_n旋转α角到坐标系Ox₁y₁z_n，然后再分别以角速度和绕y₁和x₁轴旋转θ和γ角得到b系，故可得地理坐标系到陀螺载体坐标系的转换矩阵：