CN201266088Y - 寻北仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种寻北仪，该寻北仪包括一壳体、水平转台、双轴动力调谐陀螺仪和计算机控制系统，采用双轴动力调谐陀螺仪为敏感器件，将双轴动力调谐陀螺仪安装在水平转台中心部位，利用力矩电机，结合旋变测得水平转台旋转角度，以完成转位，其中，计算机控制系统与所述力矩电机连接，用于控制上述力矩电机驱动水平转台旋转，所述计算机控制系统还与所述双轴动力调谐陀螺仪连接，用于获得上述双轴动力调谐陀螺仪的数字信息，经过计算得到寻北结果。本实用新型具有结构简单、启动速度快和成本低等特点，可在高精度控制系统中应用。

Description

寻北仪

技术领域

本实用新型是关于惯性寻北的测量技术，具体涉及一种寻北仪。

背景技术

惯性寻北技术是惯性技术领域的重要组成部分，也是现代战争中确保武器系统快速、机动、精确打击的重要保障技术之一。即使在人们日常的生产和生活实践中，地理北向信息也是必不可少的。因此，国际上许多国家均投入大量的人力和物力，研制开发高精度、快速对准的寻北系统。目前，常用的寻北仪包括一液浮陀螺仪，由于液浮陀螺仪为传统的外框支承方式，该寻北仪存在体积大、成本高、可靠性差等缺点。为了克服上述寻北仪的缺陷，有一种寻北仪(ZL90103687.0)，该寻北仪采用一挠性陀螺和一加速度计作为检测元器件，该寻北仪的工作原理是，通过采集陀螺力反馈回路电流和加速度计的输出，对经A/D转换过来的数字量经数字滤波处理，采用单片机解算地球自转角速度，自主确定所附载体的真北方向值。该寻北仪虽然结构相对简单，重量轻，但由于单片机在运算速度、字长和量化误差等方面的缺陷，影响了该寻北仪在高精度控制系统中的应用。

实用新型内容

本实用新型克服了现有寻北仪的不足，提供了一种性能高的寻北仪。

本实用新型的技术方案是：

一种寻北仪，其特征在于，包括一壳体、水平转台、双轴动力调谐陀螺仪和计算机控制系统，所述水平转台设置在壳体内，所述双轴动力调谐陀螺仪安装在水平转台中心部位，所述水平转台包括一垂直于水平转台的转轴，在壳体内设有一对力矩电机和一旋变，所述力矩电机和旋变分别位于水平转台转轴的上、下两端，所述计算机控制系统与所述力矩电机连接，用于控制上述力矩电机驱动所述转轴旋转，旋变用于测得水平转台旋转角度，所述计算机控制系统还与所述双轴动力调谐陀螺仪连接，用于获得上述双轴动力调谐陀螺仪的数字信息，经过计算得到寻北结果。

进一步还包括一基底，所述壳体通过减震器固定在基底上。所述减震器为三向无转角减震器。

所述计算机控制系统可包括与DSP数字处理器连接的A/D转换电路、转台控制驱动电路和片外存储器，所述A/D转换电路，用于将所述双轴动力调谐陀螺仪的电信号转换为数字信号；所述转台控制驱动电路，用于将水平转台精确转动到预定位置；所述片外存储器，用于保存双轴动力调谐陀螺仪的数字信息。

所述DSP数字处理器可包括一驱动控制模块、一数据采集模块和一寻北计算模块，驱动控制模块，用于在寻北过程中，实时采集水平转台的角度值并控制力矩电机；数据采集模块，用于采集所述双轴动力调谐陀螺仪的数字信息，将该数字信息存到片外存储器中；寻北计算模块，用于在采样结束后，调用片外存储器的数据进行计算，得到寻北结果。

所述计算机控制系统还可包括一系统初始化模块，该系统初始化模块用于系统上电后，进行自检，给力矩电机施加反向电流，使水平转台处于零度状态，并保持初始时刻无输出状态。

所述计算机控制系统还可包括一数据输出模块，该模块用于将寻北计算模块的角度值结果通过串行通讯口按约定的数据帧格式传递给其他设备和用户。

所述数据采集模块可接收所述双轴动力调谐陀螺仪的两个采样位置的的数字信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型寻北仪使用双轴动力调谐陀螺仪作为敏感器件，相对于液浮陀螺仪，该寻北仪的结构简单、零部件少、体积小、重量轻、可靠性高、起动快以及成本低。利用双自由度动力调谐陀螺仪进行全方位寻北，可采用二位置寻北方法，解算出最后的地理北向，消除了恒常值漂移误差，提高了在高低温时的寻北精度。且本实用新型采用高速DSP芯片对寻北仪进行数据处理，进一步提高了寻北仪的性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例寻北仪的器件的结构示意图；

图2为本实用新型寻北仪的计算机控制系统的框图；

图3为本实用新型DSP数字处理器处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型包括双轴动力调谐陀螺仪2、水平转台7、力矩电机4、基座6和减震器5，如图1所示。水平转台7包括转轴10，所述的双轴动力调谐陀螺仪2安装在水平转台7中心部位，该陀螺仪2的转子轴为Z轴，其指向天，两个正交的陀螺敏感轴之中的X敏感轴3指向东，双轴陀螺仪的Y敏感轴9指向北，用于测定两个位置的地球自转角速度及寻北算法。所述壳体8上设置力矩电机4和旋变1，力矩电机4和旋变1分别放置在水平转台的转轴两端，力矩电机4驱动转台的转轴旋转，结合旋变1测得转台旋转角度，以完成转位。壳体8与基座6通过无转角减震器5固定，此减震器是三向无转角减震器，可以对X，Y，Z轴三个方向的振动和颠震进行有效减震。安装时要确保双轴动力调谐陀螺2的敏感轴与壳体8的顶面和基座6的端面相互平行。当接受到计算机控制系统的指令时，力矩电机4驱动水平转台7旋转，通过旋变1实时指示水平转台7的旋转角度，以完成相应的转位工作。

本实用新型还包括一计算机控制系统，如图2所示。该计算机控制系统包括与DSP数字处理器连接的A/D转换电路、转台控制驱动电路和片外存储器，A/D转换电路，用于将所述双轴动力调谐陀螺仪的电信号转换为数字信号；转台控制驱动电路，用于将水平转台精确转动到预定位置；片外存储器，用于保存双轴动力调谐陀螺仪的数字信号。该计算机控制系统还包括系统初始化模块和数据输出模块。系统初始化模块，用于系统上电后，进行自检，给力矩电机施加反向电流，使水平转台处于零度状态，让系统在初始时刻保持无输出状态；数据输出模块，用于将寻北计算模块计算出的角度值通过串行通讯口按约定的数据帧格式传递给其他设备和用户。

计算机控制系统的核心DSP数字处理器可包括一驱动控制模块、一数据采集模块和一寻北计算模块，驱动控制模块，用于在寻北过程中，实时采集水平转台转到的角度值并控制力矩电机；数据采集模块，用于采集双轴动力调谐陀螺仪的力矩器定子和转子上的电流值，经采样电阻变为电压值，通过A/D转换电路转换成数字量，将处理结果存到存储器中。寻北计算模块用于，是在采样结束后，调用存储器的数据进行计算，得到寻北结果；

以采用二位置寻北方法，解算出最后的地理北向为例，本实用新型寻北仪的工作原理是：系统工作时，先供电90秒，等待寻北指令，计算机控制系统的寻北指令发出，由计数器计陀螺X敏感轴3和Y敏感轴9两个通道的脉冲数，计数时间1分钟。在计数时间到的瞬间，力矩电机4驱动水平转台7旋转并结合旋变1使陀螺仪在大约30秒时间内使陀螺转动180°，同样由计数器计X敏感轴3和Y敏感轴9两个通道的脉冲数，计数时间1分钟。然后DSP控制单元控制力矩电机4驱动水平转台7旋转并结合旋变1使陀螺仪朝相反的方向转动180°，回到初始位置。最后通过两个通道所采集的数据来解算出寻北仪的初始位置相对于北向的夹角。

本实用新型除采用两个测量位置的动力调谐陀螺输出及相应的寻北解算方法，还可以采用其他多测量位置的方法。如图3所示，本实用新型寻北仪具体的工作流程如下：

1)系统接通电源后进行系统自检，给力矩电机施加反向电流，使双轴水平转台零度状态，并使整个系统保持无输出状态；

2)待初始化完成后，判断触发端状态，如果收到寻北触发指令，立刻向DSP数据处理器发送中断触发命令，否则保持初始化状态；

3)DSP数据处理器接受到中断触发命令后，数据采样模块开始工作，采集陀螺仪的力矩器定子和转子上的电流值，经采样电阻变为电压值，通过A/D转换电路转换成数字量，将处理结果存到存储器中；

4)判断采样时间是否到1分钟，若判断结果为真，DSP数据处理器发送转位控制指令，调用转位控制模块使力矩电机驱动水平转台旋转精确转动到预定位置，否则继续采集陀螺仪的力矩器定子和转子上的电流值；

5)判断水平转台是否精确转动到位，若判断为真，向DSP数据处理器发送中断请求命令，否则继续调用转位控制模块使转动精确到位；

6)一旦DSP数据处理器接受到中断请求命令，数据采集模块又开始工作，重复3)、4)步骤，得到第二个位置的处理结果，存储于存储器中的对应位置；

7)在第二个位置采样完成后，DSP数据处理器对采样数据进行处理，并调用寻北计算模块，得到寻北仪轴线方向与北向的夹角；

8)最后将计算结果通过串口通讯与上位机连接并显示结果。

在整个寻北结束后，寻北仪等待新的寻北触发命令，并进入下一轮的循环，重复以上步骤。

以上通过详细实施例描述了本实用新型所提供的寻北仪，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明创造实质的范围内，可以对本实用新型做一定的变形或修改。

Claims (8)

1、一种寻北仪，其特征在于，包括一壳体、水平转台、双轴动力调谐陀螺仪和计算机控制系统，所述水平转台设置在壳体内，所述双轴动力调谐陀螺仪安装在水平转台中心部位，所述水平转台包括一垂直于水平转台的转轴，在壳体内设有一对力矩电机和一旋变，所述力矩电机和旋变分别位于水平转台转轴的上、下两端，所述计算机控制系统与所述力矩电机连接，用于控制上述力矩电机驱动所述转轴旋转，旋变用于测得水平转台旋转角度，所述计算机控制系统还与所述双轴动力调谐陀螺仪连接，用于获得上述双轴动力调谐陀螺仪的数字信息，经过计算得到寻北结果。

2、如权利要求1所述的寻北仪，其特征在于，还包括一基底，所述壳体通过减震器固定在基底上。

3、如权利要求2所述的寻北仪，其特征在于，所述减震器为三向无转角减震器。

4、如权利要求1所述的寻北仪，其特征在于，所述计算机控制系统包括与DSP数字处理器连接的A/D转换电路、转台控制驱动电路和片外存储器，所述A/D转换电路，用于将所述双轴动力调谐陀螺仪的电信号转换为数字信号；所述转台控制驱动电路，用于将水平转台精确转动到预定位置；所述片外存储器，用于保存双轴动力调谐陀螺仪的数字信息。

5、如权利要求4所述的寻北仪，其特征在于，所述DSP数字处理器包括一驱动控制模块、一数据采集模块和一寻北计算模块，驱动控制模块，用于在寻北过程中，实时采集水平转台的角度值并控制力矩电机；数据采集模块，用于采集所述双轴动力调谐陀螺仪的数字信息，将该数字信息存到片外存储器中；寻北计算模块，用于在采样结束后，调用片外存储器的数据进行计算，得到寻北结果。

6、如权利要求4或5所述的寻北仪，其特征在于，所述计算机控制系统还包括一系统初始化模块，该系统初始化模块用于系统上电后，进行自检，给力矩电机施加反向电流，使水平转台处于零度状态，并保持初始时刻无输出状态。

7、如权利要求4或5所述的寻北仪，其特征在于，所述计算机控制系统还包括一数据输出模块，该模块用于将所述寻北计算模块的角度值结果通过串行通讯口按约定的数据帧格式传递给其他设备和用户。

8、如权利要求5所述的寻北仪，其特征在于，所述数据采集模块接收所述双轴动力调谐陀螺仪的两个采样位置的的数字信号。

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