專利名稱：自尋北姿態(tài)與航向保持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種慣性導(dǎo)航儀器，特別涉及一種水平雙軸慣性平臺裝 置和單軸捷聯(lián)裝置結(jié)合在一起構(gòu)成的機械陀螺和光學(xué)陀螺混合型三軸慣性自 尋北姿態(tài)與航向保持裝置。背暴技術(shù)為了獲得運動載體的姿態(tài)和航向信息，通常采用復(fù)雜的正交三軸框架式 平臺裝置或者三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置。這些裝置中需要兩個雙軸陀螺，例如撓性 陀螺，或者三個單軸陀螺，每個裝置中所使用的陀螺通常是同一種類型，如 機械陀螺或者光學(xué)陀螺，并且工作在相同的工作狀態(tài)，如平臺狀態(tài)或者捷聯(lián) 狀態(tài)。所謂三軸框架式平臺裝置通常是將慣性器件，如陀螺和加速度表或傾角傳感器安裝在正交的三軸框架中心的臺體上，將陀螺的三個敏感軸x、 y、 z 正交放置，并且在零位狀態(tài)下分別與三個正交框架軸X、 Y、 Z平行；三個正 交框架軸分別安裝有各自的力矩電機和軸角變換器，力矩電機可以驅(qū)動各自 的框架軸旋轉(zhuǎn)；軸角變換器用于讀出三個框架軸的轉(zhuǎn)角。由于陀螺轉(zhuǎn)子具有在慣性空間穩(wěn)定的特性，因此通過各自的閉環(huán)控制回 路，使三個框架軸分別跟蹤對應(yīng)的陀螺轉(zhuǎn)子軸，構(gòu)成所謂穩(wěn)定回路，從而使 中心臺體在慣性空間穩(wěn)定而不受載體運動的影響；穩(wěn)定回路有效的隔離了載 體運動對陀螺的干擾，使陀螺幾乎工作在零角速率條件下；又由于平臺裝置 的測量軸為正交關(guān)系，使其輸出的姿態(tài)和航向信息的解算過程十分簡單，因 此通常平臺導(dǎo)航裝置具有較高的導(dǎo)航精度；但是其框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此外，為 了能在載體不斷轉(zhuǎn)彎時正常工作，需要正余弦分解器進行信息處理和昂貴的 滑環(huán)將臺體上的各種信息導(dǎo)引到各電路板。目前慣性平臺裝置通常是采用機械陀螺作為慣性穩(wěn)定組件，例如具有雙 敏感軸的撓性陀螺，而非機械陀螺，例如激光陀螺和光纖陀螺等，通常其本 質(zhì)上就是速率捷聯(lián)陀螺而直接用于捷聯(lián)裝置。對于平臺裝置，當(dāng)需要尋北功能時，由于回轉(zhuǎn)框架的存在，有利于在機 座傾斜條件下將陀螺的兩個敏感軸調(diào)平，進行水平尋北。所謂三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置，其慣性器件是直接固聯(lián)在載體上而無需復(fù)雜的 三軸框架和穩(wěn)定回路。裝置的機械結(jié)構(gòu)簡單，但是由于其慣性器件安裝在載 體上直接測量載體的運動參數(shù)，這就要求慣性器件，如陀螺，既能夠承受大 的角速率輸入，又能在大動態(tài)范圍內(nèi)均具有良好的測量精度；由于慣性器件 直接測量載體的運動參數(shù)，為了獲得載體的姿態(tài)和航向信息必須進行各種復(fù) 雜的變換；而且陀螺和加速度表的捷聯(lián)安裝，在測量過程中不可避免的出現(xiàn) 一系列誤差，例如所謂圓錐誤差等，此外，對于尋北測量功能，由于沒有回 轉(zhuǎn)機構(gòu)，無法將陀螺調(diào)整在需要的方向上，從而使尋北精度的提高受到限制。 對于某些陸地導(dǎo)航裝置，對其尋北精度和載體動態(tài)姿態(tài)的測量精度有較 高的要求，如果采用三軸捷聯(lián)裝置則由于對陀螺和采樣處理的要求苛刻，技 術(shù)難度大，但是如果采用平臺裝置則比較容易于實現(xiàn)；然而如果采用三框架 軸平臺裝置，需要在雙軸水平平臺上增加第三穩(wěn)定軸，盡管只是從雙軸平臺 變?yōu)槿S平臺，實際上使裝置結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化了。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，低成本和高可 靠性的自尋北姿態(tài)與航向保持裝置。本實用新型采用的技術(shù)方案 一種自尋北姿態(tài)與航向保持裝置，包括雙 軸陀螺、X傾角傳感器、Y傾角傳感器、水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體、內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸、X軸角變換器、Y軸角變換器、X力矩電機、Y力矩電機、外環(huán)框架，其水平 雙軸轉(zhuǎn)臺臺體設(shè)置在外環(huán)框架內(nèi)，外環(huán)框架的外側(cè)沿Y軸方向安裝有外環(huán)軸， 外環(huán)軸上安裝有Y軸角變換器和Y力矩電機，在外環(huán)框架的內(nèi)側(cè)沿X軸方向 安裝有內(nèi)環(huán)軸，內(nèi)環(huán)軸上安裝有X軸角變換器和X力矩電機，所述的水平雙 軸轉(zhuǎn)臺臺體上沿X軸方向安裝有傾角傳感器或加速度表，沿Y軸方向安裝有Y 傾角傳感器或加速度表，在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的中心部位安裝有一個雙軸陀 螺，兩個正交的陀螺敏感軸之中的雙軸陀螺的x敏感軸平行于水平雙軸轉(zhuǎn)臺 臺體的內(nèi)環(huán)軸，所述的水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的下方或上方安裝有光學(xué)陀螺，其 光學(xué)陀螺敏感軸垂直于雙軸陀螺的兩個正交的雙軸陀螺的x敏感軸和雙軸陀 螺的y敏感軸。本實用新型所具有的積極有益效果1. 采用混合型三軸慣性導(dǎo)航裝置，既有平臺裝置固有的高精度水平動態(tài) 姿態(tài)測量能力和簡單的座標(biāo)變換關(guān)系，在航向軸上又有捷聯(lián)裝置的簡單結(jié)構(gòu)；2. 采用機械式位置陀螺和光學(xué)捷聯(lián)陀螺構(gòu)成混合型三軸慣性導(dǎo)航裝置， 沒有復(fù)雜的航向穩(wěn)定軸，由于航向陀螺工作在捷聯(lián)狀態(tài)下，因此載體在任意 航向轉(zhuǎn)動時無需昂貴而易損的滑環(huán)，也無需航向軸的軸角變換器，如旋轉(zhuǎn)變 壓器，有利于降低成本和提高可靠性；3. 由于雙軸水平陀螺和雙加速度表均不在方位穩(wěn)定回路之內(nèi)，因此雙軸 水平穩(wěn)定平臺工作時無需正余弦變換器進行座標(biāo)變換，因此該裝置結(jié)構(gòu)簡單， 動態(tài)姿態(tài)角測量精度比普通三軸平臺更好；4. 雖然裝置航向測量采用了捷聯(lián)方式，但是由于其航向保持軸被水平雙 軸穩(wěn)定平臺精確地穩(wěn)定在鉛垂方向，因此不存在捷聯(lián)裝置中固有的圓錐誤差 問題；5. 裝置的初始航向角是隨時設(shè)定的虛擬方位，因此裝置的航向保持可認(rèn)
為是自由方位狀態(tài)，可在高緯度條件下正常工作；6. 由于沒有物理指北軸，這樣，在尋北完成之后無需進行北向裝訂的航 向旋轉(zhuǎn)控制過程；7. 采用光學(xué)捷聯(lián)陀螺作為航向陀螺，如同三軸穩(wěn)定平臺一樣，信息處理 簡單，而且航向測量軸不存在與加速度有關(guān)的附加漂移，因此簡化了誤差補 償工作，在補償了地速和常值漂移之后，航向陀螺輸出的積分值即為載體前 進軸的航向角，而無需進行坐標(biāo)變換，特別是當(dāng)航向陀螺采用光學(xué)陀螺，如 激光陀螺或者光纖陀螺時則裝置不存在與運動加速度有關(guān)的附加漂移；8. 由于采用雙軸轉(zhuǎn)臺，因此可實現(xiàn)大傾角條件下的全姿態(tài)水平尋北，以 消除傾斜尋北帶來的多項誤差；9. 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，適用于地面慣性導(dǎo)航，如 車輛慣性導(dǎo)航、直升飛機慣性導(dǎo)航等。附困說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖； 圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖。
具體實施方式
參閱圖l、圖2所示， 一種自尋北姿態(tài)與航向保持裝置，主要包括雙軸陀 螺l、 X傾角傳感器2、 Y傾角傳感器3、水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4、內(nèi)環(huán)軸5、外 環(huán)軸6、 X軸角變換器7、 Y軸角變換器8、 X力矩電機9、 Y力矩電機IO、外 環(huán)框架ll、光學(xué)陀螺12、光學(xué)陀螺敏感軸13、雙軸陀螺的x敏感軸14、雙 軸陀螺的y敏感軸15、基座16及軸承座、軸承等零部件；其水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺 體4設(shè)置在外環(huán)框架11內(nèi)，外環(huán)框架ll的外側(cè)沿Y軸方向?qū)ΨQ安裝有外環(huán) 軸6及軸承、軸承座，外環(huán)軸6上安裝有Y軸角變換器8和Y力矩電機10; 在外環(huán)框架11的內(nèi)側(cè)沿X軸方向?qū)ΨQ安裝有內(nèi)環(huán)軸5及軸承、軸承座，內(nèi)環(huán) 軸5上安裝有X軸角變換器7和X力矩電機9;在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4的中 心部位安裝有一個雙軸陀螺1，兩個正交的陀螺敏感軸之中的雙軸陀螺的x敏 感軸14平行于水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4的內(nèi)環(huán)軸5，同時在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4 上沿X軸方向安裝有X傾角傳感器2或加速度表，沿Y軸方向安裝有Y傾角 傳感器3或加速度表；同時在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4的下方或上方安裝有光學(xué) 陀螺12,其光學(xué)陀螺敏感軸13垂直于雙軸陀螺1的兩個正交的雙軸陀螺的x 敏感軸14和雙軸陀螺的y敏感軸15，即Z軸的方向放置，光學(xué)陀螺敏感軸 13即航向保持軸。在基座16調(diào)平狀態(tài)和裝置的零位狀態(tài)下，X傾角傳感器2、 Y傾角傳感器 3、 X軸角變換器7、 Y軸角變換器8的輸出均為零；同時，水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體 4的兩個相互垂直的框架軸，即內(nèi)環(huán)軸5和外環(huán)軸6，均在水平面內(nèi)；雙軸陀 螺1的雙軸陀螺的x敏感軸14、雙軸陀螺的y敏感軸15也在水平面內(nèi)；光學(xué)
陀螺敏感軸13在鉛垂線方向。所述的內(nèi)環(huán)軸5與外環(huán)軸6互相垂直，并且分別由X力矩電機9、 Y力矩 電機10驅(qū)動。內(nèi)環(huán)軸5、外環(huán)軸6的轉(zhuǎn)角分別由X軸角變換器7和Y軸角變 換器8讀出；X傾角傳感器2和Y傾角傳感器3分別檢測水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體 4繞內(nèi)外環(huán)軸轉(zhuǎn)動的水平傾斜角；當(dāng)基座16傾斜時，X傾角傳感器2和Y傾 角傳感器3的輸出信號經(jīng)過各自的控制電路分別驅(qū)動相應(yīng)的X力矩電機9和Y 力矩電機10完成雙軸轉(zhuǎn)臺臺體4的靜態(tài)調(diào)平。
權(quán)利要求1.一種自尋北姿態(tài)與航向保持裝置，包括雙軸陀螺、X傾角傳感器、Y傾角傳感器、水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體、內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸、X軸角變換器、Y軸角變換器、X力矩電機、Y力矩電機、外環(huán)框架，其水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體設(shè)置在外環(huán)框架內(nèi)，外環(huán)框架的外側(cè)沿Y軸方向安裝有外環(huán)軸，外環(huán)軸上安裝有Y軸角變換器和Y力矩電機，在外環(huán)框架的內(nèi)側(cè)沿X軸方向安裝有內(nèi)環(huán)軸，內(nèi)環(huán)軸上安裝有X軸角變換器和X力矩電機，所述的水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體上沿X軸方向安裝有傾角傳感器或加速度表，沿Y軸方向安裝有Y傾角傳感器或加速度表，在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的中心部位安裝有一個雙軸陀螺，兩個正交的陀螺敏感軸之中的雙軸陀螺的x敏感軸平行于水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的內(nèi)環(huán)軸，其特征在于所述的水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體(4)的下方或上方安裝有光學(xué)陀螺(12)，其光學(xué)陀螺敏感軸(13)垂直于雙軸陀螺(1)的兩個正交的雙軸陀螺的x敏感軸(14)和雙軸陀螺的y敏感軸(15)。
專利摘要本實用新型涉及一種自尋北姿態(tài)與航向保持裝置。其水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體設(shè)置在外環(huán)框架內(nèi)，外環(huán)框架的外側(cè)沿Y軸方向安裝有外環(huán)軸，外環(huán)軸上安裝有Y軸角變換器和Y力矩電機，在外環(huán)框架的內(nèi)側(cè)沿X軸方向安裝有內(nèi)環(huán)軸，內(nèi)環(huán)軸上安裝有X軸角變換器和X力矩電機，所述的水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體上沿X軸方向安裝有傾角傳感器或加速度表，沿Y軸方向安裝有Y傾角傳感器或加速度表，在水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的中心部位安裝有一個雙軸陀螺，兩個正交的陀螺敏感軸之中的雙軸陀螺的x敏感軸平行于水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的內(nèi)環(huán)軸，所述的水平雙軸轉(zhuǎn)臺臺體的下方或上方安裝有光學(xué)陀螺，其光學(xué)陀螺敏感軸垂直于雙軸陀螺的兩個正交的雙軸陀螺的x敏感軸和雙軸陀螺的y敏感軸；雙軸陀螺和兩個傾角傳感器用于尋北測量和姿態(tài)測量而光學(xué)陀螺用于航向保持。
文檔編號G01C21/18GK201034608SQ200720147719
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者余祖蔭 申請人:余祖蔭