一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，包括单轴旋转平台(1)，单轴旋转平台(1)上方设有正交双轴开环光纤陀螺仪(2)，单轴旋转平台(1)的X轴和Y轴方向还分别设有x轴加速度计(3)和y轴加速度计(4)。本发明专利技术具有兼具高精度和性价比高的特点。兼具高精度和性价比高的特点。兼具高精度和性价比高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪


[0001]本专利技术涉及一种光纤陀螺寻北仪，特别是一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪。

技术介绍

[0002]光纤陀螺寻北仪是通过光纤陀螺仪测量地球自转角速率在其敏感轴上的投影分量来求解载体的方位角，是一种自主指示方位的高精度惯性仪表。
[0003]光纤陀螺仪的零偏会影响寻北仪的解算输出精度，通常采用旋转陀螺仪敏感轴方位角的方式，在多个位置采集数据并融合解算来抵消陀螺仪的零偏，从而提高寻北精度。受限于光纤陀螺仪的成本，常规的寻北仪通常采用单个光纤陀螺仪。按采样位置多少分类，主流方案可以分为二位置、四位置和多位置寻北方案。光纤陀螺寻北仪的测量精度与单位置处光纤陀螺仪的采样时间相关，单位置采样时间越长，测量获得的地球自转角速率分量精度越高，进而寻北精度更高。
[0004]二位置寻北方案只需要一次转位就可以实现陀螺仪零偏的抵消，该方案具有相同寻北精度下具有寻北时间短的优点，且在相同单次寻北时间下具有寻北精度高的优点；然而，基于单只光纤陀螺的二位置寻北方案的解析公式为余弦偶函数，因此只能解析出陀螺仪敏感轴与真北的相对角度，而无法确定真实方向是正偏离还是负偏离。因此二位置寻北方案必须借助于外部如指南针等提供粗方位信息来进行解算值的象限判定，才能最终获得真实初始北向夹角。采用四位置寻北方案，无需外部提供粗方位信息，通过自身解算即可判定解算方位角的象限位置，然而由于多次转位导致单位置采样时间较短，从而降低了相同寻北时间下的寻北精度。基于两只光纤陀螺仪的二位置寻北方案，具有兼顾单位置采样时间长和无需外部粗方位信息的优点，然而存在成本高的缺点。因此，急需开发一款兼具高精度和性价比高的光纤陀螺寻北仪。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪。本专利技术具有兼具高精度和性价比高的特点。
[0006]本专利技术的技术方案：一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，包括单轴旋转平台，单轴旋转平台上方设有正交双轴开环光纤陀螺仪，单轴旋转平台的X轴和Y轴方向还分别设有x轴加速度计和y轴加速度计。
[0007]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，所述正交双轴开环光纤陀螺仪包括依次相连的光源和Y波导，Y波导连接有两个并联分布的光纤耦合器，两个光纤耦合器分别连接有x轴光纤环段和y轴光纤环段；所述Y波导还连接有信号处理电路，信号处理电路与x轴光纤环段和y轴光纤环段相连。
[0008]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，所述信号处理电路还分别设有加速度计信号采集端、电机交互控制端口和寻北仪输出端。
[0009]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，所述x轴光纤环段包括x轴第一光纤环行器、x轴光纤环、x轴第二光纤环行器、x轴光纤耦合器和x轴光电探测器。
[0010]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，所述y轴光纤环段包括y轴第一光纤环行器、y轴光纤环、y轴第二光纤环行器、y轴光纤耦合器和y轴光电探测器。
[0011]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，所述的x轴光纤环和y轴光纤环的敏感轴与单轴旋转平台的台面平行，且相互处于正交位置放置；x加速度计敏感轴与x轴光纤环敏感轴平行；y加速度计敏感轴与y轴光纤环敏感轴平行。
[0012]前述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，信号处理电路产生调制信号与Y波导相连，通过信号处理电路中的AD采样模块采集x轴光电探测器和y轴光电探测器的信号，用于解算双轴开环光纤陀螺的x轴和y轴转速信息；信号处理电路通过与x轴加速度计和y轴加速度计相连用于采集加速度计信号；信号处理电路通过与电机交互控制用于控制单轴旋转平台的转动位置；信号处理电路用于北向信息内部解算且设有寻北仪输出信号端。
[0013]前述的基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪中，北向信息内部解算的方法为：定义y轴光纤环敏感轴为寻北仪敏感轴，其与地理北向夹角的解算过程如下，
[0014]第一步、单轴旋转平台处于初始0
°
位置静止时，采集正交双轴开环光纤陀螺、x轴加速度和y轴加速度计信息，分别表示为：
[0015]A
x0
＝
‑
g0·
sinγ
·
cosθ+B
ax
[0016]A
y0
＝
‑
g0·
sinθ+B
ay
[0017]G
x0
＝ω
ie
·
[cosφ(
‑
cosγsinψ+sinγcosψsinθ)
‑
sinφsinγcosθ]+B
gx
[0018]G
y0
＝ω
ie
·
[cosφcosψcosθ+sinφsinθ]+B
gy
；
[0019]其中，A
x0
和A
y0
分别为初始0
°
位置时的x轴加速度和y轴加速度计信息，B
ax
和B
ay
分别为x轴加速度和y轴加速度计的零偏；G
x0
和G
y0
分别为初始0
°
位置时的正交双轴开环光纤陀螺中通过x轴光纤环和y轴光纤环测得的各自敏感轴上地球自转角速率分量，B
gx
和B
gy
分别为x轴和y轴陀螺仪的零偏；g0为地球重力加速度；w
ie
为地球自转角度率；θ为寻北仪载体俯仰角；γ为寻北仪载体横滚角；φ为当地地理纬度；Ψ为寻北仪敏感轴与地理北向夹角；
[0020]第二步、单轴旋转平台处于180
°
位置静止时，采集正交双轴开环光纤陀螺、x轴加速度和y轴加速度计信息，分别表示为：
[0021]A
x180
＝g0·
sinγ
·
cosθ+B
ax
[0022]A
y180
＝g0·
sinθ+B
ay
[0023]G
x180
＝ω
ie
·
[cosφ(cosγsinψ+sinγcosψsinθ)+sinφsinγcosθ]+B
gx
[0024]G
y180
＝ω
ie
·
[
‑
cosφcosψcosθ
‑
sinφsinθ]+B
gy
；
[0025]A
x180
和A
y180
分别为180
°
位置时的x轴加速度和y轴加速度计信息，G
x180
和G
y180
分别为180
°
位置时的正交双轴开环光纤陀螺中通过x轴光纤环和y轴光纤环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：包括单轴旋转平台(1)，单轴旋转平台(1)上方设有正交双轴开环光纤陀螺仪(2)，单轴旋转平台(1)的X轴和Y轴方向还分别设有x轴加速度计(3)和y轴加速度计(4)。2.根据权利要求1所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：所述正交双轴开环光纤陀螺仪(2)包括依次相连的光源(201)和Y波导(202)，Y波导(202)连接有两个并联分布的光纤耦合器(203)，两个光纤耦合器(203)分别连接有x轴光纤环段(204)和y轴光纤环段(205)；所述Y波导(202)还连接有信号处理电路(206)，信号处理电路(206)与x轴光纤环段(204)和y轴光纤环段(205)相连。3.根据权利要求2所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：所述信号处理电路还分别设有加速度计信号采集端、电机交互控制端口和寻北仪输出端。4.根据权利要求2所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：所述x轴光纤环段(204)包括x轴第一光纤环行器(241)、x轴光纤环(242)、x轴第二光纤环行器(243)、x轴光纤耦合器(244)和x轴光电探测器(245)。5.根据权利要求4所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：所述y轴光纤环段(205)包括y轴第一光纤环行器(251)、y轴光纤环(252)、y轴第二光纤环行器(253)、y轴光纤耦合器(254)和y轴光电探测器(255)。6.根据权利要求5所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：所述的x轴光纤环(242)和y轴光纤环(252)的敏感轴与单轴旋转平台(1)的台面平行，且相互处于正交位置放置；x加速度计(3)敏感轴与x轴光纤环(242)敏感轴平行；y加速度计(4)敏感轴与y轴光纤环(252)敏感轴平行。7.根据权利要求6所述的一种基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于：信号处理电路(206)产生调制信号与Y波导(202)相连，通过信号处理电路(206)中的AD采样模块采集x轴光电探测器(245)和y轴光电探测器(255)的信号，用于解算双轴开环光纤陀螺的x轴和y轴转速信息；信号处理电路(206)通过与x轴加速度计(3)和y轴加速度计(4)相连用于采集加速度计信号；信号处理电路(206)通过与电机交互控制用于控制单轴旋转平台的转动位置；信号处理电路(206)用于北向信息内部解算且设有寻北仪输出信号端。8.根据权利要求7所述的基于正交双轴开环光纤陀螺的寻北仪，其特征在于，北向信息内部解算的方法为：定义y轴光纤环敏感轴为寻北仪敏感轴，其与地理北向夹角的解算过程如下，第一步、单轴旋转平台处于初始0
°
位置静止时，采集正交双轴开环光纤陀螺、x轴加速度和y轴加速度计信息，分别表示为：A
x0
＝
‑
g0·
sinγ
·
cosθ+B
ax
A
y0
＝
‑
g0·
sinθ+B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，杨志怀，程文明，叶飞，金颖，
申请(专利权)人：浙江航天润博测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：