CN205825966U - 一种无转位机构的惯性寻北装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无转位机构的惯性寻北装置，包括有外壳，设置于外壳内的两个相互垂直设置的加速度计、带有温度传感器的陀螺仪、锂电池和信号处理板；外壳上设置有显示输入装置的安装孔，信号处理板与安装孔内的显示输入装置连接；陀螺仪、温度传感器、两个加速度计、锂电池均与信号处理板连接；外壳底板相邻两个侧壁上均设置有矩形凸块，两个侧壁上的矩形凸块的竖直平面分别定义为基准面A和基准面B。本实用新型减小惯性寻北装置的整体体积和重量，并且该寻北装置内置电源模块和显示模块，可独立操作，无需外部供电和辅助通讯，不受磁场干扰，具有便携和易操作的特点，从而拓展了寻北设备的应用领域。

Description

一种无转位机构的惯性寻北装置

技术领域

本实用新型涉及惯性导航设备领域，具体是一种无转位机构的惯性寻北装置。

背景技术

惯性寻北装置是一种利用陀螺和加速度计测量地球自转角速度和重力加速度，解算出载体航向角和姿态角的设备，测量精度高，不受磁场影响。寻北装置通常采用两位置方法或四位置方法实现寻北解算，将陀螺仪1和加速度计2安装在转位锁紧机构3上，通过转位锁紧机构3带动在两个180°对称位置或四个90°对称位置上测量地球自转角速度和重力加速度的水平分量，通过陀螺仪1和加速度计2在180°对称位置上的数据相减消除各自的零偏，然后信号处理板4通过三角函数关系解算出载体航向角和姿态角。其基本结构如图1所示。其中，转位锁紧机构通过电机、电磁阀、锁紧销和锁紧盘等结构实现其转动和锁紧，造成寻北装置的体积和重量较大，一般只在车辆设备上使用，不便携带和运输，限制了寻北装置在其他测量领域的应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种无转位机构的惯性寻北装置，减小惯性寻北装置的整体体积和重量，并且该寻北装置内置电源模块和显示模块，可独立操作，无需外部供电和辅助通讯，不受磁场干扰，具有便携和易操作的特点，从而拓展了寻北设备的应用领域。

本实用新型的技术方案为：

一种无转位机构的惯性寻北装置，包括有外壳，设置于外壳内的两个相互垂直设置的加速度计、带有温度传感器的陀螺仪、锂电池和信号处理板；所述的外壳上设置有显示输入装置的安装孔，所述的信号处理板与安装孔内的显示输入装置连接；所述的陀螺仪、温度传感器、两个加速度计、锂电池均与信号处理板连接；所述的外壳包括有底板、上盖板和四个侧板，底板的相邻两个侧壁上且位于两端部均设置有向外延伸的矩形凸块，四个矩形凸块的竖直平面为基准平面，其中一底板侧壁上两矩形凸块的竖直平面定义为基准面A，另一底板侧壁上两矩形凸块的竖直平面定义为基准面B，外壳相邻两个侧板的底端插接于对应底板侧壁的两个矩形凸块之间。

所述的底板上设置有隔板，所述的带有温度传感器的陀螺仪固定于底板上且位于隔板的一侧部，所述的底板上位于隔板的另一侧部设置有加速度计安装架，加速度计安装架设置有两个定位孔，两个定位孔的轴线相互垂直，所述的两个加速度计分别安装于对应的定位孔中。

所述的上盖板上设置有显示输入装置的安装孔，所述的上盖板的下表面上且位于安装孔的下方设置有所述的信号处理板。

所述的锂电池固定设置于其中一侧板的内壁上。

本实用新型的优点：

本实用新型无转位锁紧机构，从而降低了惯性寻北装置的整体体积和重量，便于携带和运输；陀螺仪和加速度计是整个惯性寻北装置的核心元件,其精度直接影响整个系统的精度，惯性器件的精度与测试其精度时所处的环境条件和工作条件有关，而温度变化是限制其精度提高的主要因素之一，因此本实用新型设置温度传感器，采用温度补偿算法补偿陀螺仪和加速度计的零位漂移，减小零位漂移造成的航向角和姿态角测量误差；本实用新型设置有锂电池和信号处理板，可独立操作，无需外部供电和辅助通讯，不受磁场干扰；本实用新型采用单位置结合人工辅助的方案进行测量，首先一个基准面紧靠在待测基准面上，测量启动后进行粗寻北，判断大致象限，若角度靠近南北方向，则手动旋转到另一基准面继续进行精寻北测得航向角和姿态角，若角度靠近东西方向，则继续进行精寻北，然后旋转到另一基准面确定象限，测得航向角和姿态角，整个测量操作简单，且测量结果准确。

附图说明

图1是原惯性寻北装置的结构框图。

图2是本实用新型的爆炸图。

图3是本实用新型壳体内的内部组装结构图。

具体实施方式

见图2和图3，一种无转位机构的惯性寻北装置，包括有外壳，设置于外壳内的两个加速度计9、带有温度传感器的陀螺仪10、锂电池11和信号处理板12；外壳包括有底板1、上盖板2和四个侧板3,4,5,6，底板1上设置有隔板5，带有温度传感器的陀螺仪固定于底板1上且位于隔板7的一侧部，底板1上位于隔板7的另一侧部设置有加速度计安装架8，加速度计安装架8设置有两个定位孔14，两个定位孔14的轴线相互垂直，两个加速度计9分别安装于对应的定位孔14中；上盖板2上设置有显示输入装置的安装孔13，上盖板2的下表面上且位于安装孔13的下方设置有信号处理板12，信号处理板12与安装孔13内的显示输入装置连接；锂电池11固定设置于其中一侧板4的内壁上；陀螺仪10、温度传感器、两个加速度计9、锂电池11均与信号处理板12连接；底板1的相邻两个侧壁上且位于两端部均设置有向外延伸的矩形凸块15，四个矩形凸块15的竖直平面为基准平面，其中一底板1侧壁上两矩形凸块15的竖直平面定义为基准面A，另一底板侧壁上两矩形凸块15的竖直平面定义为基准面B，外壳相邻两个侧板3，6的底端插接于对应底板侧壁的两个矩形凸块15之间。

信号处理板12的功能是对锂电池11进行电压转换与充电管理，负责对陀螺仪10、温度传感器和两个加速度计9的输出数据进行采集和解算，然后将测量结果、测量过程中的状态信息及电池电量信息发送给显示输入装置显示，同时显示输入装置可设置纬度信息及相关测量参数。

惯性寻北装置单位置测量是通过加速度计9测量当前位置地球重力加速度的分量，解算出姿态角；通过陀螺仪10测量当前位置地球自转角速度的分量，结合姿态角解算出地球自转角速度的水平分量，根据已知纬度信息计算出当前位置地球自转角速度的北向分量，通过水平分量和北向分量的反余弦函数计算出航向角。

由于单位置测量方法的航向角是通过反余弦函数解算所得，因而存在两个问题：1、测量方向越接近南北方向解算误差越大，在东西方向解算误差最小，因此指定东西方向±45°范围内是测量有效区间，陀螺测量轴必须在测量有效区间内才能保证测量精度满足要求；2、反余弦函数解算的结果在0°～180°范围内，不能确定航向角是0°～180°的偏东象限还是180°～360°的偏西象限。

为解决以上两个问题，本实用新型采用了单位置结合人工辅助的方案进行测量，具体测量步骤如下：

1、测量启动前将寻北装置放置平稳，基准面A紧靠在待测基准面上；

2、测量启动后先进行10秒粗寻北，解算航向角来判断大致象限，若角度在0°～45°或135°～180°范围内（靠近南北方向），则在与信号处理板12连接的显示输入装置上显示基准面转换信息，提醒操作人员手动旋转寻北装置，使基准面B紧靠在待测基准面上，继续进行100秒精寻北，精寻北结束后在与信号处理板12连接的显示输入装置上显示所得航向角和姿态角；

若角度在45°～135°范围内（靠近东西方向），则继续进行100秒精寻北，精寻北结束后在与信号处理板12连接的显示输入装置上显示基准面转换信息，由操作人员手动旋转寻北装置，使基准面B紧靠在待测基准面上，继续进行10秒粗对准，利用粗对准结果判定象限，从而解算出航向角，最后在与信号处理板12连接的显示输入装置上显示所得航向角和姿态角。

由于装置没有转位机构，无法通过二位置或四位置方法消除陀螺和加速度计的零偏，因此本实用新型设置温度传感器，采用温度补偿算法补偿陀螺和加速度计的零位漂移，减小零位漂移造成的航向角和姿态角测量误差。另外，由于装置重量轻且测试时没有紧固，容易受外界环境振动影响，因此信号处理板12采用滤波算法减小外界振动噪声带来的影响。

Claims (4)

1.一种无转位机构的惯性寻北装置，其特征在于：包括有外壳，设置于外壳内的两个相互垂直设置的加速度计、带有温度传感器的陀螺仪、锂电池和信号处理板；所述的外壳上设置有显示输入装置的安装孔，所述的信号处理板与安装孔内的显示输入装置连接；所述的陀螺仪、温度传感器、两个加速度计、锂电池均与信号处理板连接；所述的外壳包括有底板、上盖板和四个侧板，底板的相邻两个侧壁上且位于两端部均设置有向外延伸的矩形凸块，四个矩形凸块的竖直平面为基准平面，其中一底板侧壁上两矩形凸块的竖直平面定义为基准面A，另一底板侧壁上两矩形凸块的竖直平面定义为基准面B，外壳相邻两个侧板的底端插接于对应底板侧壁的两个矩形凸块之间。

2.根据权利要求1所述的一种无转位机构的惯性寻北装置，其特征在于：所述的底板上设置有隔板，所述的带有温度传感器的陀螺仪固定于底板上且位于隔板的一侧部，所述的底板上位于隔板的另一侧部设置有加速度计安装架，加速度计安装架设置有两个定位孔，两个定位孔的轴线相互垂直，所述的两个加速度计分别安装于对应的定位孔中。

3.根据权利要求1所述的一种无转位机构的惯性寻北装置，其特征在于：所述的上盖板上设置有显示输入装置的安装孔，所述的上盖板的下表面上且位于安装孔的下方设置有所述的信号处理板。

4.根据权利要求1所述的一种无转位机构的惯性寻北装置，其特征在于：所述的锂电池固定设置于其中一侧板的内壁上。