專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)屋S陀螺自尋北導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種慣性導(dǎo)航儀器，特別涉及一種只使用一個(gè)單軸陀 螺的自尋北導(dǎo)航裝置。
背景技術(shù)：
利用單軸陀螺，例如單軸光纖陀螺或者單軸激光陀螺，進(jìn)行捷聯(lián)尋北 測(cè)量時(shí)通常是將陀螺安裝在一個(gè)方位轉(zhuǎn)臺(tái)上，陀螺敏感軸垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)的方 位軸，也就是說(shuō)陀螺敏感軸處于"水平"狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)傾斜尋北測(cè)量， 轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體或者基座上還需要安裝一個(gè)雙軸或者兩個(gè)單軸傾角傳感器，例如 加速度表，用于測(cè)量安裝基面的傾角。為了在不同方向上測(cè)量地速和消除
陀螺常值漂移，方位轉(zhuǎn)臺(tái)需要在0。 ，90° ， 180° ,有時(shí)還需要在270。方 位上精確定位。由于陀螺敏感軸處于"水平"狀態(tài)，陀螺不能敏感載體的 方位轉(zhuǎn)動(dòng)因此不具有導(dǎo)航功能。
為了進(jìn)行導(dǎo)航，通常采用由三個(gè)正交安裝的單軸陀螺和三個(gè)或者兩個(gè) 正交安裝的加速度表構(gòu)成復(fù)雜的三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置。但是對(duì)大多數(shù)機(jī)動(dòng)車(chē) 輛的導(dǎo)航，實(shí)際上并不需要很高尋北和導(dǎo)航精度，更需要精度適當(dāng)?shù)牡统?本尋北和導(dǎo)航裝置，而沒(méi)有必要采用復(fù)雜和昂貴的三軸捷聯(lián)裝置。此外， 常用的三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置中，陀螺和加速度表直接固聯(lián)在被測(cè)載體上而沒(méi) 有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。但是在進(jìn)行捷聯(lián)尋北測(cè)量時(shí)，由于沒(méi)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，無(wú)法將陀 螺調(diào)整在需要的方向上進(jìn)行測(cè)量，從而使尋北精度的提高受到限制。因此 有些具有尋北功能的三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置中不得不將陀螺和加速度表安裝在 一個(gè)方位轉(zhuǎn)臺(tái)上因而大大增加了裝置的復(fù)雜性。
為了最大限度的降低成本，出現(xiàn)了只采用一個(gè)單軸陀螺，例如一個(gè)單 軸光纖陀螺或者一個(gè)單軸激光陀螺和兩個(gè)加速度表的簡(jiǎn)易導(dǎo)航裝置并且被 大量用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的導(dǎo)航。這種簡(jiǎn)易單軸陀螺導(dǎo)航裝置中陀螺的敏感軸必 須"垂直"安裝，因此不具有尋北功能。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置，以解決在只 采用一個(gè)單軸陀螺的簡(jiǎn)易導(dǎo)航裝置中實(shí)現(xiàn)尋北的功能。
本實(shí)用新型所述的單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)包括 一個(gè)通過(guò)陀 螺安裝基面安裝在水平翻轉(zhuǎn)軸上的單軸陀螺、水平翻轉(zhuǎn)軸連接的水平力矩 電機(jī)、安裝水平翻轉(zhuǎn)軸和陀螺安裝基面的方位轉(zhuǎn)臺(tái)、通過(guò)方位轉(zhuǎn)軸與方位 轉(zhuǎn)臺(tái)連接的基座、驅(qū)動(dòng)方位軸進(jìn)行方位轉(zhuǎn)動(dòng)的方位力矩電機(jī)、與方位軸同 軸安裝的方位軸定位盤(pán)和方位壓輪組成方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、與水平軸同軸安裝的水平軸定位盤(pán)和水平壓輪組成水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、分別與方位 軸和水平軸相連且構(gòu)成方位軸和水平翻轉(zhuǎn)軸伺服回路傳感器的線(xiàn)性方位軸電位計(jì)和線(xiàn)性水平軸電位計(jì)；所述單軸陀螺的測(cè)量敏感軸垂直于水平翻轉(zhuǎn) 軸和陀螺安裝基面；水平翻轉(zhuǎn)軸與方位轉(zhuǎn)軸相互垂直；兩個(gè)X、 Y傾角傳感 器安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)上，兩者的敏感軸相互垂直并且同時(shí)垂直于方位軸，X傾 角傳感器的敏感軸平行于水平翻轉(zhuǎn)軸。
如上所述的單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置，其中的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)和 水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)由定位盤(pán)和壓輪構(gòu)成，定位盤(pán)的外圓有精確并且 均勻分布在若干角度上的若干個(gè)燕尾槽即定位槽口，壓輪設(shè)在定位盤(pán)外圓 的定位槽口對(duì)應(yīng)處，與一個(gè)提供壓力使其嵌入定位槽口內(nèi)的彈簧連接；方 位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的定位盤(pán)的外圓有精確并且均勻分布在0° 、 90° 、 180 °三個(gè)燕尾槽，或在270°也分布一個(gè)燕尾槽；水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的定位 盤(pán)的外圓只有0。和90°兩個(gè)燕尾槽口。
本實(shí)用新型所具有的積極有益效果
1. 只使用一個(gè)單軸陀螺，特別是一個(gè)單軸光學(xué)陀螺構(gòu)成的一種低成本 和高可靠的捷聯(lián)式自尋北慣性導(dǎo)航裝置。
2. 尋北測(cè)量時(shí)，水平翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使陀螺敏感軸處于"水平"狀態(tài)，然 后依靠方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使陀螺敏感軸在0° ，90° ， 180°和270°方位上定位 并且測(cè)量各位置上陀螺敏感到的地速分量。以單軸陀螺代替雙軸陀螺進(jìn)行 全方位尋北測(cè)量而無(wú)需粗尋北過(guò)程。
3. 通過(guò)上述多位尋北測(cè)量消除陀螺常值漂移對(duì)尋北精度的影響。
4. 當(dāng)水平翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使陀螺敏感軸處于"垂直"狀態(tài)并且依靠方位軸 轉(zhuǎn)動(dòng)，使水平翻轉(zhuǎn)軸在上述0。方位位置上定位，此時(shí)陀螺從尋北狀態(tài)轉(zhuǎn)換 為導(dǎo)航狀態(tài)從而變成一個(gè)簡(jiǎn)單的慣性導(dǎo)航裝置。
5. 由于尋北測(cè)量過(guò)程中同時(shí)完成了陀螺漂移的測(cè)量，因此在轉(zhuǎn)換為航 向保持狀態(tài)之后省去陀螺測(cè)漂過(guò)程從而提高裝置的反應(yīng)時(shí)間。
6. 由于設(shè)置了傾角傳感器，裝置可以在安裝基面傾斜條件下尋北；而 在導(dǎo)航狀態(tài)下可部分地補(bǔ)償因陀螺敏感軸傾斜帶來(lái)的某些誤差。
7. 旋轉(zhuǎn)定位控制采用的"定位盤(pán)燕尾槽一壓輪"結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠。
8. 利用線(xiàn)性電位計(jì)，例如線(xiàn)性光電電位計(jì)或者線(xiàn)性塑料電位計(jì)，作為 簡(jiǎn)單的"軸一角"變換器測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)軸，方位軸和水平翻轉(zhuǎn)軸的概略轉(zhuǎn)角 位置，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的位置判斷。


圖1為本實(shí)用新型尋北狀態(tài)的示意圖。
圖2為本實(shí)用新型導(dǎo)航狀態(tài)的示意圖。
圖3為本實(shí)用新型尋北狀態(tài)的俯視示意圖。
圖4為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，光學(xué)陀螺1通過(guò)陀螺安裝基面16安裝在水平翻轉(zhuǎn) 軸，即X軸2上。水平翻轉(zhuǎn)軸2可以在水平X電機(jī)3的驅(qū)動(dòng)下繞水平翻轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。光學(xué)陀螺1的測(cè)量敏感軸17垂直于水平翻轉(zhuǎn)軸2和陀螺安裝基面 16。
水平翻轉(zhuǎn)軸2和陀螺安裝基面16 —起安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)5上。方位轉(zhuǎn)臺(tái) 5通過(guò)方位轉(zhuǎn)軸11與基座10相連。水平翻轉(zhuǎn)軸2與方位轉(zhuǎn)軸11相互垂直。 方位力矩電機(jī)7驅(qū)動(dòng)方位軸11進(jìn)行方位轉(zhuǎn)動(dòng)。方位定位盤(pán)9與壓輪8配合 使方位轉(zhuǎn)臺(tái)5在0° ， 90° ， 180°有時(shí)還包括270°四個(gè)位置上精確定位。
傾角傳感器6和12安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)5上。兩者的敏感軸相互垂直并且 同時(shí)垂直于方位軸11。 X傾角傳感器6的敏感軸18平行于水平翻轉(zhuǎn)軸2， 如圖3。圖4為定位盤(pán)和壓輪機(jī)構(gòu)。與方位軸同軸安裝的方位軸定位盤(pán)9和 方位壓輪8組成方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)。定位盤(pán)9的外圓有精確并且均勻分 布在0° 、 90° 、 180°和270°的四個(gè)燕尾槽即定位槽口。當(dāng)方位軸ll轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，方位壓輪8可依靠彈簧21的壓力嵌入0°燕尾槽22內(nèi)，或者嵌入 90° 、 180° 、 270°的燕尾槽23、 24、 25內(nèi)，也可在力矩電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)下 從槽口移出。在進(jìn)行多位尋北測(cè)量時(shí)以此實(shí)現(xiàn)陀螺敏感軸的方位轉(zhuǎn)動(dòng)定位。
方位定位盤(pán)9在0。上定位時(shí)，即方位壓輪8嵌入0。槽口時(shí)，水平翻 轉(zhuǎn)軸平行于方位定位盤(pán)9的0。和180°槽口連線(xiàn)即零位線(xiàn)20。
通常本裝置在載體，例如機(jī)動(dòng)車(chē)輛上安裝時(shí)，此零位線(xiàn)沿載體前進(jìn)方 向安裝。
水平軸定位盤(pán)15和水平壓輪13的結(jié)構(gòu)與方位軸定位盤(pán)9和方位壓輪8 相似，不同的是水平軸定位盤(pán)15的外圓只有0°和90°兩個(gè)燕尾槽口。水 平壓輪13嵌入水平軸定位盤(pán)15的0°燕尾槽時(shí)，光學(xué)陀螺1的敏感軸處在 "水平"位置也即本裝置的尋北測(cè)量狀態(tài)；水平壓輪13嵌入水平軸定位盤(pán) 15的90°燕尾槽口時(shí)，光學(xué)陀螺1的敏感軸17精確平行于方位軸即處于 "垂直"狀態(tài)，也即本裝置的導(dǎo)航狀態(tài)。
線(xiàn)性方位軸電位計(jì)14和線(xiàn)性水平軸電位計(jì)4分別與方位軸11和水平 軸2相連。兩個(gè)電位計(jì)均以固定的直流電壓供電，其輸出電壓概略代表兩 個(gè)轉(zhuǎn)軸在近似360°范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置。通過(guò)簡(jiǎn)單的標(biāo)定即可確定轉(zhuǎn)軸對(duì) 應(yīng)各定位槽口的概略輸出電壓。采集此電壓并且與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較， 構(gòu)成簡(jiǎn)單的方位軸和水平軸閉環(huán)伺服控制回路，同時(shí)完成轉(zhuǎn)臺(tái)的零位槽口 和其他槽口位置、極限位置的概略判斷以及防止沖闖的減速控制等。極限 位置的限位目的是防止轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360。造成轉(zhuǎn)臺(tái)引線(xiàn)的過(guò)度扭傷。
尋北測(cè)量時(shí)，水平X軸電機(jī)3驅(qū)動(dòng)水平軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)水平壓輪13嵌入 水平軸定位盤(pán)15的0°燕尾槽內(nèi)時(shí)，水平X軸電機(jī)3斷電，光學(xué)陀螺l的 敏感軸17被定位在"水平"位置。與此同時(shí)方位電機(jī)7驅(qū)動(dòng)方位軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)方位壓輪8嵌入方位定位盤(pán)9的0。燕尾槽內(nèi)時(shí)，方位電機(jī)7斷電， 此時(shí)為第一個(gè)尋北測(cè)量位置，此過(guò)程稱(chēng)為方位"尋零"過(guò)程。記錄第一位 置的陀螺輸出N1，然后方位電機(jī)7驅(qū)動(dòng)方位軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)方位壓輪8嵌入 方位定位盤(pán)9的90。燕尾槽內(nèi)時(shí)方位電機(jī)7斷電，此時(shí)為第二個(gè)尋北測(cè)量 位置，記錄第二位置的陀螺輸出N2。同樣，在180°和270°上記錄陀螺的 輸出N3和N4。在安裝基面水平狀態(tài)下可得到在第一個(gè)尋北測(cè)量位置上水平 軸的偏北角
<formula>see original document page 6</formula>
在完成尋北測(cè)量之后，裝置可轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航狀態(tài)。轉(zhuǎn)換過(guò)程是方位軸 轉(zhuǎn)動(dòng)，完成方位"尋零"。然后水平翻轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，水平軸壓輪13嵌入水平軸定位盤(pán)15的90°燕尾槽口時(shí)，光學(xué)陀螺1的敏感軸17精確平行于方 位軸即處于"垂直"狀態(tài)。此時(shí)本裝置完成了從尋北狀態(tài)到導(dǎo)航狀態(tài)的轉(zhuǎn) 換。為了節(jié)省時(shí)間，上述方位軸和水平翻轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程可同時(shí)進(jìn)行。
在載體安裝基面傾斜時(shí)，陀螺敏感軸將不在水平面內(nèi)，此時(shí)利用兩個(gè) 傾角傳感器給出基面的傾斜信息，進(jìn)行座標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)傾斜尋北。
權(quán)利要求1、一種單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置，其特征在于它的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)通過(guò)陀螺安裝基面安裝在水平翻轉(zhuǎn)軸上的單軸陀螺、水平翻轉(zhuǎn)軸連接的水平力矩電機(jī)、安裝水平翻轉(zhuǎn)軸和陀螺安裝基面的方位轉(zhuǎn)臺(tái)、通過(guò)方位轉(zhuǎn)軸與方位轉(zhuǎn)臺(tái)連接的基座、驅(qū)動(dòng)方位軸進(jìn)行方位轉(zhuǎn)動(dòng)的方位力矩電機(jī)、與方位軸同軸安裝的方位軸定位盤(pán)和方位壓輪組成方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、與水平軸同軸安裝的水平軸定位盤(pán)和水平壓輪組成水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、分別與方位軸和水平軸相連且構(gòu)成方位軸和水平翻轉(zhuǎn)軸伺服回路傳感器的線(xiàn)性方位軸電位計(jì)和線(xiàn)性水平軸電位計(jì)；所述單軸陀螺的測(cè)量敏感軸垂直于水平翻轉(zhuǎn)軸和陀螺安裝基面；水平翻轉(zhuǎn)軸與方位轉(zhuǎn)軸相互垂直；兩個(gè)X、Y傾角傳感器安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)上，兩者的敏感軸相互垂直并且同時(shí)垂直于方位軸，X傾角傳感器的敏感軸平行于水平翻轉(zhuǎn)軸。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置，其特征在于 其中的方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)和水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)由定位盤(pán)和壓輪構(gòu) 成，定位盤(pán)的外圓有精確并且均勻分布在若干角度上的若干個(gè)燕尾槽即定位 槽口，壓輪設(shè)在定位盤(pán)外圓的定位槽口對(duì)應(yīng)處，與一個(gè)提供壓力使其嵌入定 位槽口內(nèi)的彈簧連接；方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的定位盤(pán)的外圓有精確并且均勻 分布在0° 、 90° 、 180°三個(gè)燕尾槽，或在270°也分布一個(gè)燕尾槽；水平 軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的定位盤(pán)的外圓只有O。和90°兩個(gè)燕尾槽口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單軸陀螺自尋北導(dǎo)航裝置，它包括一個(gè)單軸陀螺、安裝水平翻轉(zhuǎn)軸和陀螺安裝基面的方位轉(zhuǎn)臺(tái)、通過(guò)方位轉(zhuǎn)軸與方位轉(zhuǎn)臺(tái)連接的基座、方位力矩電機(jī)、方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、方位軸電位計(jì)和水平軸電位計(jì)；所述光學(xué)陀螺的測(cè)量敏感軸垂直于水平翻轉(zhuǎn)軸和陀螺安裝基面；水平翻轉(zhuǎn)軸與方位轉(zhuǎn)軸相互垂直；兩個(gè)X、Y傾角傳感器安裝在方位轉(zhuǎn)臺(tái)上，兩者的敏感軸相互垂直并且同時(shí)垂直于方位軸，X傾角傳感器的敏感軸平行于水平翻轉(zhuǎn)軸。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，適用于地面慣性導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G01C21/18GK201181213SQ20082007961
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者余祖蔭 申請(qǐng)人:余祖蔭