CN1924522A - 数字化自适应陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有的机电式惯性陀螺仪所无法避免的漂移和误差大等一系列缺点，公开了一种数字化自适应陀螺仪，它至少包括(1，2，3)号天线高放；(1、2、3)多通道接收机；定位计算设备；相位差测量设备和相位差和姿态角计算设备等。自适应姿态角测量仪的特性是自适应姿态角测量仪适用所有全球导航定位卫星系统；用全球导航定位卫星信号测定姿态角技术；相位差测量消除模糊技术；高精度相位差测量技术；多个分布式天线高放的布局技术等。其优点性能优越，造价便宜，使用方便。

Description

数字化自适应陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种数字化自适应陀螺仪。

背景技术

目前，移动式的自动控制系统的应用非常普遍，其中移动平台广泛应用姿态角测量设备，例如机电式惯性陀螺仪等。机电惯性陀螺仪是依据高速转动质量体的角动量守恒原理，当转速足够大时高速转动质量体保持恒定方向制成的。传统的机电式惯性陀螺仪存在一系列严重缺点：

(1)机电惯性陀螺仪数据漂移较大，需不断进行校准。即使激光陀螺仪也存在数据漂移问题；

(2)机电惯性陀螺仪在不同地理位置(经纬度)需进行水平调整；

(3)机电惯性陀螺仪有高速转动部件，可靠性差，启动慢，使用维护复杂；

(4)机电惯性陀螺仪不能基于几种坐标系；

(5)机电惯性陀螺仪价格昂贵。

因此，开发一种非机电式惯性陀螺仪取代现有的机电式惯性陀螺仪是彻底解决数据漂移、降低误差、提高灵活性及可靠性就显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有的机电式惯性陀螺仪所无法避免的漂移和误差大等一系列缺点，发明一种自适应数字式陀螺仪。

本发明的技术方案是：

一种自适应数字式陀螺仪的技术方案如下：

一种数字化自适应陀螺仪，其特征是它至少由三个天线高放1，2，3及相对应的接收机5，6、定位计算设备7、相位差测量设备8和姿态角计算设备9组成，天线高放1，2，3固定在带有基座的框架上，高放1，2，3的输出与接收机5，6的输入端相连接，接收机5，6的输出端同时与定位计算设备7的输入端及相位差测量设备8的输入相连接，定位计算设备7的输出端与相位差测量设备8及姿态角计算设备9相连接。相位差测量设备8的输出端与姿态角计算设备9的输入相连，姿态角计算设备9给出数字式自适应陀螺仪(基座)相对于当地水平坐标系(或其他坐标系)的姿态角数据，供用户(后续数据处理设备或装置)使用。

数字化自适应陀螺仪适用的全球导航定位卫星有全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)、欧洲“GALILEO”全球卫星导航系统和未来新型“北斗”全球定位系统等任何现代全球导航定位卫星系统；自适应数字式陀螺仪的主要技术有：用全球导航定位卫星信号测定姿态角技术：用3个(或4个)分布式天线高放和对应的3个(或4个)多通道接收机同时接收三颗全球导航定位卫星信号进行互相之间相位差测量，经处理和变换得到姿态角(航向角、俯仰角和横滚角)数据。相位差测量消除模糊技术：当相位差大于2π时出现的不定值问题的解决方法。高精度相位差测量技术：提高相位差测量的精度，以保证姿态角精度的精度。本发明提供了一种非机电式惯性陀螺仪的思路及方法，具体实现该思路的方法和途径很多，实施例中仅给出了一种方案，但本发明不仅限于该方案，凡利用本发明的原理实现姿态角(航向角、俯仰角和横滚角)测量的设备均属于本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

本发明的有益效果：

(1)适用范围广，本发明的数字式自适应陀螺仪可用于陆地、海上、空中和外空；

(2)应用范围广，本发明的数字式自适应陀螺仪的输出数据可以基于其他坐标系；

(3)使用方便，用本发明的数字式自适应陀螺仪就无需在不同地理位置进行水平调整，可省去现机电式惯性陀螺仪十分复杂的地理调整过程；

(4)稳定性好，本发明的数字式自适应陀螺仪输出数据不存在漂移，故不需经常校准；

(5)可靠性好，本发明的数字式自适应陀螺仪没有高速转动部件，故可靠性高；

(6)成本低，与传统的同等精度机电式惯性陀螺仪相比本数字式自适应陀螺仪的成本不高；

(7)响应速度快，本发明的数字式自适应陀螺仪的启动速度快。

附图说明

图1是本发明的自适应姿态角测量仪的组成结构示意图。

图2是本发明的天线高放在自适应数字式陀螺仪固连坐标系的布局示意图。

具体实施方式

如图1、2所示。

一种数字化自适应陀螺仪，它由三个天线高放1，2，3及相对应的接收机5，6、定位计算设备7、相位差测量设备8和姿态角计算设备9组成，天线高放1，2，3固定在带有基座的框架上，高放1，2，3的输出与接收机5，6的输入端相连接，接收机5，6的输出端同时与定位计算设备7的输入端及相位差测量设备8的输入相连接，定位计算设备7的输出端与相位差测量设备8及姿态角计算设备9相连接。相位差测量设备8的输出端与姿态角计算设备9的输入相连，姿态角计算设备9给出数字式自适应陀螺仪(基座)相对于当地水平坐标系(或其他坐标系)的姿态角数据，供用户(后续数据处理设备或装置)使用。

(1)多点天线高放的布局：以与平行于自适应数字式陀螺仪底座的平面(自适应数字式陀螺仪基准面，设底座和基准面之间的距离为d)为基准确定自适应数字式陀螺仪的固连坐标系(见图2)：自适应数字式陀螺仪基准面的中心为坐标原点o，在该基准面上选x轴为自适应数字式陀螺仪的纵轴；y轴通过原点o指向上方；z轴与x轴及y轴组成右手系，即xoz平面在基准面上。1，2，3号天线高放组成的三角平面垂直于纵轴，到原点o的距离为a。1，2号天线高放位于x轴的两侧(对称于x轴)，并在oxy平面内。1，2号天线高放到x轴的距离均为c。3号天线高放到x轴的距离为b。并在oxy平面内。1，2号天线高放到x轴的距离均为c。3号天线高放到x轴的距离为b。3号天线高放位于自适应数字式陀螺仪上部，并与1，2号天线高放形成等腰三角形。还可考虑4号天线高放位于方便的位置(含1，2，3号天线高放的位置)。

(2)数字化自适应陀螺仪是在已知自适应数字式陀螺仪位置的前提下测量计算其姿态角的，这要求要同时进行定位。利用1号天线高放1和1号接收机5接收4棵全球导航定位卫星的数据在定位计算设备7中进行定位计算。

(3)在相位差测量设备8中利用1，2，3号天线高放和1，2，3号接收机5、6同时接收3颗全球导航定位卫星的信号和数据进行1，2，3号接收机5、6互相之间的相位差测量和数据处理并消除相位差测量模糊。如增加4号天线高放和4号接收机6，则进行1，2，3号接收机5、6与4号接收机6之间的相位差测量和数据处理并消除相位差测量模糊。最后在姿态角计算设备9中计算出自适应数字式陀螺仪相对于当地水平坐标系的姿态角：航向角(或方位角)、俯仰角和横滚角。自适应姿态测量仪可以自适应多种坐标系。

(4)1号天线高放和1号接收机为多通道接收机负责4颗(定位)和3颗(测相位)全球导航定位卫星的选择，并控制2、3(4)号多通道接收机选择相同的全球导航定位卫星。

(5)1，2，3号天线高放的位置和安装：根据装备的大小及形状(对称性等)以及可测性及可维性等因素来确定安装位置。1，2，3号天线高放的安装结构支撑，要考虑有足够的结构强度和刚度。

(6)为保证自适应数字式陀螺仪输出数据精度，1，2，3号天线互相间的距离(基线)尽可能大一些。

(7)数字化自适应陀螺仪的指示和输出：应将自适应数字式陀螺仪作为一个整体设备来设计。自适应数字式陀螺仪的控制面板上应有电源开机、方位角、俯仰角、横滚角和时间等数码显示。自适应数字式陀螺仪应有标准的方位角、俯仰角、横滚角和时间输出电缆。

(8)数字化自适应陀螺仪应有外壳；自适应数字式陀螺仪应有水平基准和方位线等；底座上应有固定孔。

本发明提供了一种非机电式惯性陀螺仪的思路及方法，具体实现该思路的方法和途径很多，实施例中仅给出了一种方案，但本发明不仅限于该方案，凡利用本发明的原理实现惯性导航的设备均属于本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1、一种数字化自适应陀螺仪，其特征是它至少由三个天线高放(1，2，3)及相对应的接收机(5，6)、定位计算设备(7)、相位差测量设备(8)及姿态角计算设备(9)组成，接收任何一种全球导航定位卫星信号的天线高放(1，2，3)固定在带有基座的框架上，接收机(5，6)的输入端与对应的天线高放(1，2，3)的输出及定位计算设备(7)的输出相连，接收机(5，6)的输出与对应的相位差测量设备(8)的输入相连，相位差测量设备(8)的输出与相位差及姿态角计算设备(9)的输入相连。

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