光纤陀螺寻北仪的转位控制方案设计与实现

光纤陀螺寻北仪利用光纤陀螺测量地球自转角速率的水平分量来获得被测点的北向信息，利用加速度计测量固定陀螺的基座的倾斜角度，经过解算得到载体的参考轴与真北方向的夹角。转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节，转位机构的转位精度必须满足陀螺寻北的精度要求。文中详细介绍了光纤陀螺寻北仪的组成、转位控制方案设计及其实现途径。实验证实采用光电编码器作为直流电机位置控制的反馈元件的转位机构达到了系统寻北的精度要求。     

光纤陀螺寻北方案的比较

本文介绍了光纤陀螺寻北的基本原理和几种主要的寻北方案，并对几种寻北方案进行了比较分析，认为二位置寻北方案利用转位消除了陀螺的常值漂移，可降低对陀螺精度的要求，是一种易于实现的方案。二位置寻北方案利用陀螺敏感在相差1800的两个方向上的地球自转角速率水平分量，精确地解算出真北方向与陀螺轴向的夹角。     

基于水平传感器-光纤陀螺-全站仪组合的地籍测量新方法

针对全站仪测量技术存在作业周期长、劳动强度大和受观测环境影响严重等不足,本文将光纤陀螺寻北技术、倾角测量技术应用于地籍测量中,降低了地籍测量对控制点及水平度的依赖,有效地提高了测量效率,推导了全站仪在倾斜状态下界址点测量和定向的计算公式。结合全站仪可水平旋转180°的特点,给出了光纤陀螺安装误差自补偿的操作步骤;对影响定向精度的主要误差源进行仿真分析,结果表明:光纤陀螺精度与水平传感器精度对定向精度影响较大,在光纤陀螺精度为0.05°/h情况下,当倾角测量误差为1'时,定向误差为26.51″。     

单自由度陀螺寻北仪寻北数学模型研究

为了实现单自由度陀螺寻北仪自动寻北，通过分析寻北仅运动规律，本文建立了其寻北数学用到，分别为：模型Ⅰ——时间作为观测值，模型Ⅱ——角位置作为观测值，模型Ⅲ——时间及角位正同时作为观测值，楼四Ⅳ——最小二乘谱分析模型．通过模拟实验，认为自国对具有较强的抗干扰能力，适合单自由反陀螺寻北仪的数据采集和处理．     

二位置寻北仪中光纤陀螺输出信号的处理

针对二位置寻北仪在不同环境下的工作,对光纤陀螺输出的信号进行了分析。从工程应用的角度出发,选取了较优的数据处理方法——抗差估计法,并通过实验及统计分析选取了适合光纤陀螺信号特点的IGGⅢ权函数的临界值。该方法提高了寻北精度,缩短了寻北时间,改善了寻北仪的性能。     

小波消噪技术在非陀螺寻北系统中的应用

为消除基座扰动对非陀螺寻北系统测量精度的影响,采用小波消噪技术对系统的输出信号进行处理。提出了利用信号在多尺度下小波变换系数中,其有用信号为平稳信号,而干扰噪声的模极大值并不随小波分解尺度增加而减少的特性,来确定基座扰动在时域上的作用点,消除影响后再进行小波变换消噪的方法。通过实验证明,该方法能有效提高系统的寻北精度,并增强系统在大幅度基座扰动下快速寻北的鲁棒性。     

基于旋转调制技术的自动陀螺寻北仪方案设计

旋转调制寻北技术是一种将陀螺仪安装在恒速旋转的转台上,进行数据采集,解算北向方位的寻北技术。它将陀螺仪的输出信号调制为正弦信号,能很好地抑制陀螺漂移,方便了采用各种滤波算法求解,且正弦信号的频率与转台转速成正比,有利于提高寻北速度。在原理介绍的基础上给出了一种自动化寻北仪样机的系统结构组成、功能状态以及电子部件组成设计等。并给出了样机实际的测量结果。     

高精度寻北仪的现状及发展趋势

本文对各类寻北仪及相关技术进行了总结,介绍了摆式陀螺经纬仪、测量型陀螺寻北仪和非陀螺寻北仪的发展现状。通过对现有技术的分析、比较,认为高精度、自动化、智能化的陀螺经纬仪及非陀螺寻北仪是今后寻北定向技术研究的主要方向。     

一种磁悬浮陀螺寻北仪的研究

现有的陀螺经纬仪采用金属悬丝悬挂陀螺房体,其陀螺房体摆动周期长导致寻北速度慢。本文提出了一种新型的磁悬浮陀螺经纬仪的实现方案,阐述了该陀螺仪寻北的原理以及结构组成实现,建立起了大刚度电磁力约束下陀螺盘的力学模型,推导了陀螺仪主轴位于当地子午线附近时的运动方程及其运动规律;并和传统的悬挂式陀螺经纬仪的性能进行了比较,表明该磁悬浮陀螺仪具有运动周期短的特点,运用它作为寻北手段,可以实现快速精确寻北。     

基于双位置的磁悬浮陀螺异常数据检测

针对磁悬浮陀螺全站仪在极端工作环境下受异常数据干扰的问题,该文提出了一种利用磁悬浮陀螺双位置采样数据特征进行异常数据检测、剔除的数据处理方法。采用回归分析的方法对理想工作状态下的磁悬浮陀螺双位置采样数据与陀螺寻北方位间的函数关系进行拟合分析;通过区间预测的方法明确了陀螺寻北信息中异常数据的检验标准,并依据该标准实现了对寻北观测值中粗差等异常数据信息的有效识别。工程实测数据的验证结果表明:该检验法可以有效地对磁悬浮陀螺寻北数据中的异常值信息进行分离,提高陀螺寻北定向精度。     

小波变换辅助的陀螺信号抗差估计

在捷联寻北仪中,陀螺漂移是导致寻北精度下降的主要原因.在小波阚值消噪的基础上,提出了利用抗差估计提高光纤陀螺寻北仪的寻北精度,并给出了陀螺信号的抗差解式.首先对陀螺输出信号进行频谱分析,确定多分辨分析的尺度,对不同尺度的高频系数采取相应的处理措施;然后将抗差估计应用于陀螺数据的处理,采用高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合算法.计算结果表明,该方法能够有效地抵制异常扰动的影响,提高寻北精(密)度.     

有色噪声对动态寻北的影响

在动态定位测量中,有色噪声的存在严重影响着动态滤波的精度和可靠性。为了分析有色噪声对动态寻北中参数估计的影响,本文在一阶自回归AR模型的假设下推导了有色噪声对参数最小二乘估值的影响函数,分析了其影响性质。利用观测残差建立了有色噪声的一阶AR模型,对有色噪声进行了拟合与预报,并利用改正后的观测信息进行了参数估计。计算结果表明,当陀螺信号中包含有色噪声时,采用一阶AR模型对有色噪声进行拟合与预报,能够有效削弱有色噪声的影响。采用一次启动漂移稳定性为0.03°/h的动调陀螺,在4min 之内系统寻北精度优于0.3′,远高于不考虑有色噪声影响得到的精度。     

捷联式陀螺寻北系统两种解析寻北算法的比较与仿真

针对捷联式陀螺寻北倾斜误差补偿,对坐标变换法和矢量法两种解析调平算法进行推导,修正参考文献中有关矢量解析调平算法的错误;给出两种形式不同但寻北结果相同的解析调平解算公式,并对两种算法的寻北精度进行比较,仿真与试验结果表明了两种解析调平算法的正确性。     

光纤陀螺二位置寻北结果的测量不确定度评定

二位置寻北由于其实现简单,成为光纤陀螺寻北的一种重要方案。如何对二位置寻北方案的测量结果进行准确而可靠的评价,对该方案在光纤陀螺寻北中的应用具有指导意义。本文针对一般评价方法的局限性,提出用测量不确定度的评价方法对光纤陀螺二位置寻北方案进行分析。基于二位置寻北的数学模型,给出了其测量不确定度分析的具体过程。实例计算表明,测量不确定度为光纤陀螺二位置寻北提供了一种准确的评定方法,可用于对各种寻北方案进行分析与评价。     

地理纬度对陀螺经纬仪测量精度的影响

本文分析了陀螺仪的寻北原理，并以一种新型自动化陀螺经纬仪为例，探讨了地理纬度对陀螺补偿角、仪器常数和陀螺经纬仪测量精度的影响。在此基础上进一步讨论了陀螺经纬仪测量精度随地理纬度变化的关系，提出了提高陀螺经纬仪测量精度的方法和建议。     

陀螺经纬仪寻北的自动控制

本文运用数字PID控制技术，使用微处理器作为控制器，在分析陀螺经纬仪自动寻北原理的基础上，建立了寻北的自动控制模型，为研制全自动陀螺经纬仪提供理论参考。     

单自由度陀螺罗盘寻北原理的研究

本文分析了单自由度陀螺罗盘在陀螺力矩、空气阻尼、摩擦力矩和悬挂带扭矩作用下的运动规律及其寻北原理，指出由于单自由度陀螺罗盘的摆动周期比二自由度陀螺罗盘的摆动周期显著缩短，定向速度可成倍提高，定向精度也有望提高，这将是陆地工程测量中子午线方位测量技术的一个重大进步     

基于二位置法测量的光纤陀螺寻北仪的误差分析

陀螺寻北仪是一种全天候自动指示方位的高精度自主式定向仪器。文中介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北原理，对二位置寻北的主要误差源进行了详细地分析，并推导出了几种典型误差源作用下的寻北误差影响模型，其分析结果可为高精度寻北仪的研制提供理论依据。     

GAT磁悬浮陀螺全站仪在矿山测量中的应用

GAT高精度磁悬浮陀螺全站仪是由长安大学测绘与空间信息研究所和中国航天时代电子公司共同研制开发、具有国内独立知识产权的陀螺定向仪器。GAT系列仪器采用磁悬浮吊带等技术,能无依托、自主式寻北测定目标的方位角,除架设调平及瞄准之外,整个测量过程无需手工操作,测量结束后,自动给出瞄准目标的法线与真北方位角,据此可以确定任意方向线的坐标方位角,实现定向和贯通。     

单自由度陀螺盘寻北原理的研究

本文分析了单自由度陀螺罗盘在陀螺力矩，空气阻尼，摩擦力矩和悬挂带扭矩作用下的运动规律及其寻北原理，指出由于单自由度陀螺罗盘的摆动周期经二自由度陀螺罗盘的摆动周期显著缩短，定向速度可成倍提高，定向精度也有望提高，这将是陆地工程测量中子午线方位测量技术的一个重大进步。