專利名稱：陽光數(shù)字指南儀—星光數(shù)字指北儀的制作方法
陽光數(shù)字指南儀一星光數(shù)字指北儀
(所屬技術(shù)領(lǐng)域) 本發(fā)明為應(yīng)用于移動載體(各類車、船)上的一種測定地球正南向或正北向的一
種新裝置，特別是用來指示各類船舶船首向的方向。
(背景技術(shù)) 不論是古代還是現(xiàn)代，在海上航行用來指示方向的儀器，基本上都是以地磁場感 應(yīng)的原理而制成的。這類儀器都是在我國古代人民發(fā)明的"指南針"的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。如 磁針液浮式磁羅徑、帶復(fù)式裝置的磁羅徑、校正測量式磁羅徑等，前者為我國大多數(shù)船支所 采用，這類羅徑受磁場影響大，測量誤差大，一般在2。以上，有時甚至高達(dá)IO。以上，使用 校差很麻煩，且異緯度自差不能校正，而且也不能進(jìn)行自動化操舵。 對于一些要求較高的大型艦船，它們采用陀螺羅徑、陀螺找北儀等航向儀器，這類 儀器的精度可達(dá)到r 2° ，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，啟動使用時間長，保養(yǎng)不便，且易損 壞，所以必須配備磁羅徑作為備用。 上述幾種測向儀器的致命弱點(diǎn)是受磁場影響大，這將限制了它們在特定場合、特 定情況、特定要求下的使用效果，例如在戰(zhàn)爭情況下，敵方干擾磁場，這將會使測向儀器產(chǎn) 生很大誤差，甚至失靈，又如當(dāng)船支駛向有地礦的海域時，也會對儀器的精度產(chǎn)生影響。在 我國青島附近海域，就存在一個異磁區(qū)，在此區(qū)域，磁羅徑指示的數(shù)據(jù)就不正常。此外，對于 一些有精度要求的場合，它們也無法得到應(yīng)用，由于受磁場或磁性物質(zhì)的影響，使它們測出 的數(shù)據(jù)會產(chǎn)生很大的誤差，必須要時常進(jìn)行校差或標(biāo)定，而這樣的工作必須要有專門機(jī)構(gòu) 及專業(yè)人員來進(jìn)行，這勢必給使用者帶來不便。
(發(fā)明內(nèi)容) 針對上述缺點(diǎn)，我們提出了一種全新的測向裝置，它不受磁場干擾，具有較高的測 量精度，可以達(dá)到O. 1° 0.05° ，甚至可以再提高，而且測量可靠、迅速、方便，價格相對 低廉，根據(jù)不同的使用要求，可以分為手動、電動、自動三種型式，可以與自動操舵儀連接， 形成自動導(dǎo)航、自動操舵系統(tǒng)，能滿足一些特定用戶的需求，在軍事上也有用武之地。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)整臺儀器由圖1機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和圖2電路控制 部分組成，它測向的原理和方法是由陽光信號傳感器或星光信號傳感器將接收到的太陽 光信號或北極星光的信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸出給控制器，由控制器進(jìn)行前置放大，A/D轉(zhuǎn) 換、數(shù)據(jù)處理、軟件計(jì)算后，單片機(jī)再作出決定，分別向水平、俯仰、方位三個驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出 命令，使三個電機(jī)同時使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動，使陽光收集器或星光收集器運(yùn)動到要求的位置，即 光班落在硅光伏探測器的中間位置，此時單片機(jī)根據(jù)GPS提供的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和由時鐘芯片 提供的時區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時間計(jì)算出此時此地的太陽方位角(或北極星的方位角)，從而可算出移 動載體對正南方的偏角(或?qū)φ狈降钠?，并在顯示器上顯示，與此同時陽光收集器還 可以自動轉(zhuǎn)向?qū)?zhǔn)正南方，直觀地表示出載體的準(zhǔn)確的航行方向，當(dāng)移動載體的方向改變 時，陽光收集器將自動跟蹤對準(zhǔn)太陽，并且能隨時顯示出對正南方的偏角。
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本發(fā)明的最主要特點(diǎn)是不受磁場或磁性物質(zhì)的干擾，不需要經(jīng)常校差或標(biāo)定，測 向精度高，可達(dá)O. 1° 0.05° ，而且測量方便、迅速、直觀、可靠，不易損壞或失靈，成本相 對低廉，并可實(shí)現(xiàn)載體航向的自動化操作，對于一些有特殊要求的用戶，可以說是一項(xiàng)較理 想的測向產(chǎn)品，它在軍事上也有實(shí)用價值。
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) 下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明 圖l，是儀器總體結(jié)構(gòu)示意圖，各序號說明如下1、支承部件；2、方位傳動系統(tǒng)部 件；3、外罩下部；4、水平傳動系統(tǒng)部件；5、星光信號傳感器(由物鏡、目鏡、轉(zhuǎn)象鏡所組成的 天文光學(xué)導(dǎo)星鏡系統(tǒng)，如果接入攝象頭器件便構(gòu)成光電自動導(dǎo)星系統(tǒng))；6、俯仰傳動系統(tǒng) 部件；7、外置上部；8、陽光信號發(fā)生器(由硅光伏探測器及其電路組成)；9、陽光信號收集 器(由雙膠合物鏡或其它聚光鏡所構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng))。 圖2，是直流電機(jī)控制器電路框圖各序號說明如下1、陽光信號傳感器(由陽光 收集器和陽光信號發(fā)生器所構(gòu)成)和星光信號傳感器；2、信號放大電路；3、模擬信號A/D 轉(zhuǎn)換；4、單片機(jī)；5、電源；6、 GPS信號向單片機(jī)隨時提供測地點(diǎn)的經(jīng)緯及數(shù)據(jù)；7、 PC機(jī)，通 過RS232串口可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊；8、移動顯示器，顯示出載體對正南方的偏角數(shù)據(jù)可以 移到操舵時或操盤時供駕駛?cè)藛T直接觀看；9、時鐘芯片，向單片機(jī)提供測點(diǎn)的時區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時 間；10、固定顯示器，在控制上隨時顯示出方位角；11、水平驅(qū)動及記數(shù)系統(tǒng)(由直流電機(jī)和 光電碼盤組成)；12、俯仰驅(qū)動及記數(shù)系統(tǒng)(由直流電機(jī)和光電碼盤組成)；13、方位驅(qū)動及 記數(shù)系統(tǒng)(由直流電機(jī)和光電碼盤組成)。序號1、11、12、13的硬件部份是裝在儀器結(jié)構(gòu)部 位上，而儀器結(jié)構(gòu)與控制器之間由多根電纜線連接成一個整體，以實(shí)現(xiàn)光電信號的傳輸和 控制。
(具體實(shí)施方式
) 實(shí)施例見圖2，在艦船上使用，首次安裝指南儀時，必須使指南儀的基線與艦船 的首向線一致，在海上航行，船的方位和傾斜度都會時刻在變化，為了準(zhǔn)確地測出航向，指 南儀必須使儀器置平，單片機(jī)(4)命令水平驅(qū)動系統(tǒng)(11)中的電機(jī)轉(zhuǎn)動，使儀器處于水平 狀態(tài)，同時單片機(jī)又根據(jù)GPS(6)及時鐘芯片(9)提供的數(shù)據(jù)算出此時此地的太陽俯仰角和 方位角，在程序的運(yùn)作下，俯仰和方向驅(qū)動系統(tǒng)(12)、 (13)中的電機(jī)也同時轉(zhuǎn)動，指南儀根 據(jù)有關(guān)參數(shù)搜尋太陽(可以自動或手動)，直到太陽的光班落在陽光信號傳感器(1)中的硅 光伏探測器的正中位置，當(dāng)誤差達(dá)到允許值時，此時在顯示器(8)與(10)上顯示出太陽的 仰角和方位角，與此同時，陽光信號傳感器(1)還可以轉(zhuǎn)向正南方，以直觀地表示出艦船相 對于正南方的偏離方向。當(dāng)航向改變時，陽光收集器能自動跟蹤對準(zhǔn)太陽，并可間斷或連續(xù) 地顯示出對正南方向的偏角及方位角，以指示艦船按要求的方向前進(jìn)。
在夜晚，可以通過星光信號傳感器(1)搜尋對準(zhǔn)北極星，由單片機(jī)(4)通過GPS(6) 及時鐘芯片(9)提供的經(jīng)緯度及標(biāo)準(zhǔn)時間數(shù)據(jù)計(jì)算出此時此地的北極星高度和方位，并在 顯示器(8)與(10)上顯示出艦船首向的方位角。同樣可通過星光信號傳感器(1)中的攝 象頭器件實(shí)現(xiàn)對艦船的自動跟蹤，從而可隨時在顯示器(8)與(10)上顯示出船首向?qū)φ?方向的偏角。
權(quán)利要求
一種陽光數(shù)字指南儀-星光數(shù)字指北儀，它是由儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和電控部分共同組成，包括方位傳動系統(tǒng)、水平傳動系統(tǒng)、俯仰傳動系統(tǒng)、支承部件、儀器外罩、陽光信號傳感器、星光信號傳感器、單片機(jī)、數(shù)字顯示器、GPS信號、時鐘芯片、電源及各種線路板。由陽光信號傳感器或星光信傳感器接收到的光信號，轉(zhuǎn)換成以電信號形式輸出給控制器，經(jīng)信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字處理、軟件計(jì)算后，再由單片機(jī)分別向水平、俯仰、方位三個驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出動作指令，使陽光信號傳感器或星光信號傳感器達(dá)到要求的位置狀態(tài)，即光班落在允許的誤差范圍之內(nèi)，此時單片機(jī)根據(jù)GPS提供的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和時鐘芯片提供的時間數(shù)據(jù)計(jì)算出此時此地的方位角，并在顯示器上顯示出方位角度，而且同時以箭頭形式，指示出正南或正北的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀-星光數(shù)字指北儀，其特征是陽光信號傳感器由陽光收集器和陽光信號發(fā)生器組成，而陽光收集器由雙分離物鏡或其它聚光鏡所組成的光路系統(tǒng)，陽光信號發(fā)生器由硅光伏探測器及其電路組成；星光信號傳感器由物鏡、目鏡、轉(zhuǎn)象鏡所組成的星光收集器，由攝象頭及其電路所構(gòu)成星光信號發(fā)生器所組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀_星光數(shù)字指北儀，其特征是儀器結(jié)構(gòu)有三根傳動軸方位旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面，水平旋轉(zhuǎn)軸與方位軸垂直且在同一鉛垂面內(nèi)，俯仰旋轉(zhuǎn)軸在水平軸的上方且與方位軸的軸線相垂直，所構(gòu)成的鉛垂面與前者鉛垂面互相垂直且相交。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀_星光數(shù)字指北儀，其特征是在俯仰軸的兩端，對稱、平衡地安裝著陽光信號傳感器和星光信號傳感器。前者白天對準(zhǔn)太陽，用來測出正南的方向；后者夜晚對準(zhǔn)北極星，用來測出正北的方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀-星光數(shù)字指北儀，其特征是方位、水平、俯仰傳動系統(tǒng)都分別由直流電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、光電開關(guān)和碼盤組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀_星光數(shù)字指北儀，其特征是儀器的結(jié)構(gòu)部分用外罩封裝住，罩的上半部為透光材料，可讓陽光和星光穿過，外罩即可防風(fēng)沙，又可防雨淋。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的陽光數(shù)字指南儀_星光數(shù)字指北儀，其特征是連接在儀器結(jié)構(gòu)上的多根電纜器是從方位軸的軸心穿出到外面，再與置于室內(nèi)的控制相連。
全文摘要
陽光數(shù)字指南儀-星光數(shù)字指北儀是一種應(yīng)用于移動載體(各類車、船)上測定地球正南向或正北向的新裝置，本裝置由儀器結(jié)構(gòu)和電控部分所組成。其測向的原理為由陽光或星光接收器接收光信號，并照射在光傳感器上，再由光傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并輸出給控制器，經(jīng)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算后，便顯示出當(dāng)前某一時刻的方位角。如果載體位置發(fā)生變化，控制器會自動搜尋、跟蹤太陽或星星，并得到新的方位角數(shù)據(jù)，而此方位角就代表移動載體，在新的位置狀態(tài)下，對正南或正北向的偏角。本方法的特點(diǎn)是不受磁場和磁性物質(zhì)的干擾、測向精度高、成本低、可實(shí)現(xiàn)航向的自動化操作。
文檔編號G01C17/34GK101769741SQ200810242590
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者劉明星 申請人:啟東欣洋電子有限公司;劉明星