一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109459008A(43)申请公布日2019.03.12(21)申请号201811478917.7(22)申请日2018.12.05(71)申请人北京航天时代光电科技有限公司地址100094北京市海淀区丰滢东路1号(72)发明人张峰黄磊李仁杰魏东杰王嘉铭(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人任林冲(51)Int.Cl.G01C19/72(2006.01)权利要求书4页说明书7页附图1页(54)发明名称一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置及方法(57)摘要本发明公开了一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，包括光纤陀螺仪、加速度计、I/F电路、信号处理与接口电路、转台和本体，光纤陀螺仪按照三轴正交的方式固定在本体上，将角速度信息发送给信号处理与接口电路；加速度计按照三轴正交的方式固定在本体上，加速度计坐标系与光纤陀螺仪坐标系重合，加速度计将加速度对应的电流信息传输给I/F电路并转换为频率信号，再发送给信号处理与接口电路；转台的台面与本体的底面之间固连，转台台面的转动与本体之间同步转动；信号处理与接口电路将预置的旋转角度信息和停留时间信息发送给转台，转台接收到该信息后按照指令要求转动；信号处理与接口电路对不同位置下的角速度和加速度信息进行寻北解算。CN109459008ACN109459008A权利要求书1/4页1.一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，包括光纤陀螺仪、加速度计、I/F电路、信号处理与接口电路、转台和本体，光纤陀螺仪按照三轴正交的方式固定在本体上，将角速度信息发送给信号处理与接口电路；加速度计按照三轴正交的方式固定在本体上，加速度计坐标系与光纤陀螺仪坐标系重合，加速度计将加速度对应的电流信息传输给I/F电路并转换为频率信号，再发送给信号处理与接口电路；转台的台面与本体的底面之间固连，转台台面的转动与本体之间同步转动；信号处理与接口电路将预置的旋转角度信息和停留时间信息发送给转台，转台接收到该信息后按照指令要求转动；信号处理与接口电路对不同位置下的角速度和加速度信息进行寻北解算，并将处理完的结果发送给上位机，上位机实时显示北向用于仪器设备寻北。2.如权利要求1所述的一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，光纤陀螺仪精度优于0.01°/h，加速度计精度优于5×10-5g，寻北精度优于0.03°。3.如权利要求1所述的一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，寻北过程包括了静态多位置粗寻北和卡尔曼滤波精寻北。4.如权利要求3所述的一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，静态多位置粗寻北过程是通过从位置0每隔60°顺时针旋转后采集陀螺仪数据，通过最小二乘拟合辨识出与真北向的初始偏差角θ，再逆时针旋转初始偏差角θ，再在此位置进行3min粗对准后转台旋转180°静止，通过卡尔曼滤波确定北向偏差角。5.如权利要求4所述的一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，初始偏差角θ的计算方法为：转台顺时针旋转，每次旋转的角度为每个位置停留时间为t，设每个位置下角度为θi，初始与真北向偏差角为θ0，建立数学模型为：ω＝ωie·cosL·(cosθcosθi-sinθsinθi+ε(t))ω为陀螺仪输出，ωie为地球自转角速度,L为当地纬度，N个位置展开后得：将陀螺仪的漂移定为固定值ε，上式可以改写为：令：则有Z＝H·X，根据最小二乘法可求得：2CN109459008A权利要求书2/4页从而可以得到初始偏差角：6.如权利要求5所述的一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置，其特征在于，当地纬度计算方法为：将光纤陀螺寻北装置放置于载体上，记当前位置为位置0，在该位置下，连续测试一段时间T，T≥3min,记三个轴的陀螺仪输出均值为ωx、ωy和ωz，三个轴加速度计输出均值为fx、fy、fz，则纬度计算如下：7.一种小型中高精度光纤陀螺寻北方法，其特征在于，具体步骤为：(1)纬度计算：将光纤陀螺寻北装置放置于载体上，记当前位置为位置0，在该位置下，连续测试一段时间T，T≥3min,记三个轴的陀螺仪输出均值为ωx、ωy和ωz，三个轴加速度计输出均值为fx、fy、fz，则纬度(2)初始偏差角计算：转台顺时针旋转，每次旋转的角度为每个位置停留时间为t，设每个位置下角度为θi，初始与真北向偏差角为θ0，建立数学模型为：ω＝ωie·cosL·(cosθcosθi-sinθsinθi+ε(t))ω为陀螺仪输出，ωie为地球自转角速度,L为当地纬度，N个位置展开后得：将陀螺仪的漂移定为固定值ε，上式可以改写为：令：则有Z＝H·X，根据最小二乘法可求得：3CN109459008A权利要求书3/4页从而可以得到初始偏差角：(3)寻北系统粗调节，将转台逆时针旋转