光纤陀螺寻北仪采用单光纤陀螺和双加速度计组合技术方案,通过二位置法测量消除了光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响。通过增加一个从初始位置逆时针旋转90°的采样位置,实现了全方位寻北。为了消除静基座寻北时基座扰动对寻北精度的影响,基于抗差估计理论采用了高崩溃污染率的初值辅以IGII方案迭代解算的混合新算法。系统简单,容易实现且性能稳定。测试结果显示在Smin之内寻北精度小于3'.
近年来,中低精度的捷联寻北仪在军事和民用方面得到了广泛的应用,不仅应用于火炮、坦克、各种战车和自行武器等多种载体中,而且还能为隧道、矿山等地下作业提供方位基准司。通常使用陀螺仪作为敏感地球自转角速率的测量部件,寻北精度取决于陀螺仪的精度。陀螺经纬仪虽然有较高的寻北精度,但是结构复杂、价格昂贵、定向时间长,不能满足工程应用中快速寻北的需求。采用以双自由度陀螺或两个单自由度陀螺为基础的计算罗经方案可以解决方位精度适中,但要快速反应且使用方便的问题。国内现有应用最广、价格较低的挠性陀螺的漂移-般都比较大, 而有些液浮陀螺的精度较高,但价格昂贵。目前,国内在激光陀螺寻北技术方面的研究已取得了-些进展,成功研制了-些实用的寻北系统,但其精度与国外产品相比还有较大差距。基于哥氏效应的加速度计动态寻北(也称为非陀螺寻北)系统, 摒弃了昂贵的陀螺,从而降低了制造成本。目前,基于哥氏效应的加速度计寻北仪的研究受到了广泛关注,并取得了-定的成效可。光纤陀螺(FOG)是随着光纤传感技术的发展而发展起来的一种新型角速率传感器。由于光纤陀螺内部无活动部件,其环境适应性远高于机电陀螺,在满足精度要求的前提下,已被越来越多地应用于寻北仪中。
本文所描述的寻北仪采用单光纤陀螺和双轴加速度计组合技术方案,本系统采用单光纤陀螺和双轴石英挠性加速度计组构成捷联系统,加速度计组的一个敏感轴与陀螺敏感轴平行,另一个敏感轴沿水平面与陀螺敏感轴正交。陀螺和加速度计组成惯性组合体相对安装基座绕垂直轴转动180*,通过采样陀螺和加速度计在相差180°两位置的输出值解算出方位角。寻北仪固连在载体上,利用光纤陀螺测量地球自转角速率的水平分量来获得载体的北向信息,利用加速度计测量陀螺的姿态角,对陀螺信号进行补偿。通过二位置法测量来消除光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响,经过解算得到陀螺敏感轴与真北方向的夹角,从而得到载体的某一固定轴与真北方向的夹角用。
为了实现360°全方位寻北,增加了从初始位置逆时针旋转90°的采样位置(采样数秒钟),由解算出的方位角的符号和90°位置陀螺输出值的符号可唯--地确定出陀螺敏感轴的真北方位角。由于陀螺仪和加速度计直接承受载体的运动,导致了系统的动态误差较大。要实现精确快速寻北,必须解决由于阵风、地面振动、车辆发动机工作及操作人员的活动等形成的基座扰动对寻北精度的影响问。在光纤陀螺寻北仪中,陀螺漂移是影响寻北精度的主要因素",转位机构的转位精度必须满足陀蝴寻北的精度要求图。采用步进电机间接驱动陀螺和加速度计组件的方案,绝对式光电编码器作为步进电机位置控制的反馈机构,构成闭环控制系统。8位单片机作为控制器实现数字控制,对电机的定位位置进行修正。研制了基于DSP的数据采集单元,完成光纤陀螺和加速度计信号的采集与处理,以及与外部通讯和寻北结果显示。系统简单,容易实现且性能稳定,并能够测定载体的姿态角。测试结果显示在5 min之内寻北精度小于3'。
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