寻北仪(SDI-151寻北仪)
摆式陀螺寻北仪快速寻北的时差逆转点法
Ｋｅ ｒ ： ｏ ｔ ｅ ｋ ｒ ｐ ｎ ｕｏ ｓｇ ｒ ｓｏ ｅ ａ ｉ ｍｅｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｎ ｒｈ ｓ ｅ ｅ ； ｅ ｄ ｌ ｕ ｙｏ ｃ ｐ ； ｒ ｈ ｔ ｔ ｃ
的磁方位法容易受到环境磁场影响 ， 精度不高， 即使 与步 进迭代 法配合 也 只能达 到 角分 量级 的精度 。文 ４ 针对磁方位法 的不足提 出一种利用磁悬浮轴 ］ 陀螺寻北仪是近些年来兴起的常用定 向仪器 ， 献Ｅ－ 有 其 中的摆式 陀螺 寻北仪 在航 空 、 天 、 测 、 道 、 航 探 隧 军 承检 测陀螺 力 矩 的粗 寻 北 方 法 ， 效 缩 短 了 寻北 时 即 事 等领 域 得 到广 泛 应 用 ＿ 。实 际应 用 中 ， 导 弹无 间 。本 文提 出一 种 新 的 快 速 寻北 方 法 ， 时差 逆 转 １ ］ 如 结合 时差 法和逆 转点 法对 摆动 曲线 的分析 。 依 托快 速发 射 ， 求 在保 证 精 度 前 提 下 尽 量 缩短 寻 点法 ， 要
ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ａ ｉ ｏ ｔ － ｅ ｋ ｎ ｉ ｉ ｅ ｅ ｃ ｅ ｅ ｓ ｌ ｏｎ ｔ ｏ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｗｈ ｃ ｏ ｉ ｅ ｈ ｉ ｅ ｏ ｒｈ ｎ ｉｅｒｐｄｎ ｒｈ ｓｅ ｉｇｔ ｍｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅｒ ｖ ｒ ａ ｉ ｔｍｅ ｈ ｄ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ， ｉｈ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｔ ｅｔ ｆ ｐ ｍ
（． ｌＴ业大 学 ， １ 西： ｔ ： 陕西 西安 ７ ０７ ；． １０ ２２ 第二 炮兵 工程大 学 ， 陕西 西安 ７０ ２ ） １０ ５
摘 要 ： 针对现有粗寻北方法时间长精度差的不足， 结合时差法和逆转点法提出一种综合快速寻北 的时差逆
转点法 。由陀螺仪常数及地理信息求 出摆动周期 ， 然后测 量摆动 曲线 中一 个逆转 点和两个 相关点 的时刻 与摆 幅， 代人时差逆转点法模型解算 出真北方向 。通过实验验证 ， 量时 间短 ， 度优 于传统粗 寻北 方法 。结 合积 测 精 分 法精 寻北 ， ７ｍｉ ， 在 ｎ内 寻北精度达到 ７。 ”
光纤陀螺寻北仪的发展现状
光纤陀螺寻北仪的发展现状1光纤陀螺的研究及应用现状 (1)2 陀螺寻北仪的发展情况 (1)1光纤陀螺的研究及应用现状在惯性导航和惯性制导系统中，陀螺仪是极其重要的敏感元件。
所谓惯性导航，就是通过测量运载体的加速度，经过计算机运算，从而确定出运载体的瞬时速度和瞬时位置。
所谓惯性制导，则是在得到这些参数的基础上，控制运载体的位置以及速度的大小和方向，从而引导运载体飞向预定的目标。
以陀螺仪和加速度计为敏感元件的惯性导航和惯性制导系统，是一种完全自主式的系统。
它不依赖外部任何信息，也不向外发射任何能量，具有隐蔽性、全天候和全球导航能力。
因此，惯性导航成为现代飞机、大型舰只和核潜艇的一种重要导航手段，而惯性制导则成为地地战术导弹、战略导弹、巡航导弹和运载火箭的一种重要制导方法。
此外，惯性导航还可陆军炮兵测位、地面战车导航以及大地测绘等领域。
由此可见，陀螺仪在航空、航天、航海、兵器以致国民经济的某些部门中都有着广泛的应用。
2 陀螺寻北仪的发展情况第一阶段，20世纪50年代在船舶陀螺罗经的基础上，研制出矿用液浮式陀螺罗盘，这是陀螺寻北仪发展的初级阶段。
在这个阶段，德国的克劳斯塔尔矿业学院于1949年研制出液浮式单转子陀螺球，电磁定中心，陀螺电源频率333HZ，电压为100伏三相交流电，陀螺转速19000转/分。
一次观测中误差06''±，定向时间4小时，仪器重量640千克。
其型号为MWI，1955年和1959年相继研制出MW3和MW4a型。
精度进一步提高，定向时间进一步缩短，仪器重量进一步减轻。
第二阶段，从20世纪60年代开始，利用金属悬挂带将陀螺灵敏部陀螺马达转子和陀螺房在空气中通过悬挂柱悬挂起来，悬挂带的另一端与支承外壳相固定并采用三根导流管直接向马达供电。
这样构成了摆式陀螺罗盘。
与第一阶段相比，仪器结构大大简化，全套仪器进一步小型化，重量大大减轻，由于电源频率稳定性大大提高，使陀螺转速稳定，减小了角动量脉动，提高了仪器观测精度。
寻北仪技术指标
寻北仪技术指标：
1、仪器分辨率0.001度；陀螺指北重复测量（10次）精度优于0.1度；
2、主机为一体化设备，野外携带便捷；
3、一次测量指北有效时间＜6min；无故障率(MTFB) > 8000小时；
4、直流供电：适应范围＋10～＋24Vdc，额定电压＋12V, 最大工作电流＜2A，
5、方位角测定范围：0～360度；
6、数字输出：方位角5位半以上；RS-232接口数据输出；
7、工作温度环境：-40 ℃ ~ +80 ℃；
8、净重：(W)≤12kg；
9、主机尺寸：长×宽×高≤230×190×240mm；外结构为矩形
10、材质：优质合金铝材料；
11、初始(8分钟后)静态启动；参考面与仪器测定方向≤0.1度且为一平直面；
12、产品标识与标牌应固定相应面板，固结牢固。
配置清单：。
寻北仪工作原理
寻北仪工作原理探秘寻北仪：一窥地球磁场的“罗盘指路”在科技的世界里，有一种精密仪器犹如探险家手中的魔法指南针，它能精准捕捉到地球母亲脉搏的跳动，沿着磁力线翩翩起舞，这就是我们今天要揭开神秘面纱的主角——寻北仪。
你可能会问，“哎呦喂，这玩意儿究竟如何工作？又为何能在大千世界中独领风骚？”别急，这就带你一步步走进它的奇妙世界。
寻北仪，顾名思义，就是寻找地理北极的神器。
在地球这颗巨大的“磁铁”上，其核心产生的磁场就如同无形的丝线，贯穿南北两极。
而寻北仪正是通过感知并解码这些磁力线，从而实现定位和导航的功能。
说白了，它就像一只聪明绝顶的小精灵，能够读懂地球磁场的“密码”，然后告诉我们：“嘿，兄弟，北方在这儿呢！”寻北仪的工作原理，其实内含乾坤，堪比一场精妙绝伦的地球物理学表演。
首先，仪器内部装有高灵敏度的磁强计，这是它的“眼睛”，能敏锐地捕获周围微弱的磁场变化。
一旦开机，磁强计便开始忙碌起来，像只勤奋的小蜜蜂，不断采集并分析周遭的磁场信息。
其次，寻北仪内置的电子系统则扮演着“大脑”的角色，通过对磁强计收集的数据进行实时处理，计算出磁北方向。
这一过程仿佛是大自然与高科技的一次深度对话，磁场信号经过数字化、解析化，最终转化为我们看得懂、用得上的导航数据。
接下来，寻北仪通常会配备一个指向机构，比如指示针或者显示屏，它们是与用户直接交流的“嘴巴”。
无论环境多么复杂，只要找到磁北，这个“嘴巴”就会毫不犹豫地指向那个方向，坚定而准确。
当然，为了提高精度和适应各种复杂环境，高级的寻北仪还会采用诸如陀螺仪等辅助设备进行修正，确保在动态或磁干扰环境下仍能精确寻北。
这种精益求精的精神，真是让人忍不住拍案叫绝：“乖乖，这家伙还真有一套！”综上所述，寻北仪凭借其对地球磁场的深刻理解和巧妙利用，成为了现代科技领域中不可或缺的一员。
从地质勘探、建筑施工，到航天航海、军事应用，哪里需要精准定位，哪里就有寻北仪的身影。
它以独特的技术魅力和实用价值，向我们生动诠释了科学探索的力量与智慧，真可谓“小小身躯，大大能量”。
单轴光纤陀螺寻北仪
用精密蜗轮、蜗杆副传动，设计传动比 160∶1。通过提高蜗轮蜗杆副的加工精度和装配精度，提高了转台的定位精度。
1.2.2 精密转位控制系统 转位控制系统由微处理器、步进电机及其驱动电路、光电编码器及其解码电路构成。系统采用分辨率为 1"的绝对式
第2期
蒋庆仙等：单轴光纤陀螺寻北仪的研究
167
光电编码器作为步进电机位置控制的反馈机构，构成闭环控制系统。采用 8 位单片机作为控制器实现数字控制，对步进 电机的定位位置进行修正。采用了分体式光电编码器，将码盘、轴系和底盘进行了一体化设计。码盘直接与内轴固连，
（1）
α
=
2
cos γ arctan(
−
cos2 γ + sin2 β sin2 γ − A2
A + sin β sin γ
（2）
式中， A = ω1x
− ω2x
− εr1 + εr2 + 2ωe sinφ cos β sin γ 2ωe cosφ
， εr 为陀螺随机漂
移，包含周期噪声和白噪声等各种随机干扰信号。
收稿日期：2009-11-05；修回日期：2010-03-02 作者简介：蒋庆仙（1969—），女，高级工程师，主要从事陀螺定向技术的研究。 E-mail：jiangqingx@
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中国惯性技术学报
第 18 卷
一固定轴与真北方向的夹角[4]。为了实现 360°全方位寻北，增加了从初始位置逆时针旋转 90°的采样位置（采样数秒钟）， 由解算出的方位角的符号和 90°位置陀螺输出值的符号可唯一地确定出陀螺敏感轴的真北方位角。由于陀螺仪和加速度计
文章编号：1005-6734(2010)02-0165-05
光纤陀螺寻北仪技术说明书
20 0
北京七维航测科技股份有限公司
Beijing SDi Science&Technology Co.,Ltd.
4- φ5.5 4-30 ×50
190
图2
6. 使用和维护
a) b) c) 寻北仪在运输过程和安装过程中应轻拿轻放，严禁冲击。 寻北过程中应保持载体绝对静止，否则将影响寻北精度。 载体纵向和横向倾角应不大于±3°，否则将影响寻北精度。
1.3 台体倾斜状态下平台系统寻北的基本原理 当台体水平倾斜时，解析寻北测量就需要进行多次投影计算，在获得地速水平投影分量的同时，还 要考虑消除地速垂直投影分量。 为此需建立三个坐标系：一个是地理坐标系 X0Y0Z0，原点设在载体质心在地球表面的投影点，Y0 、 X0 在当地水平面内，其方向分别水平指北和水平指东，Z0 轴沿地心与水平面垂直并指向天顶；一个是载 体坐标系 X3Y3Z3，其原点定义在载体质量中心，Y3 轴与载体纵轴重合指向首部，X3 轴与载体横轴重合指 向右侧，Z3 轴垂直于 X3、Y3 指向上方，组成右手直角坐标系；另一个是平台坐标系 X4Y4Z4，为寻北测 量时方位转动形成的测量坐标系，亦为描述载体姿态的坐标系，我们把 X4 和 Y4 轴定义在平台平面内， Z4 轴垂直于平台平面，也构成右手直角坐标系。 在设备正常工作时，平台坐标系与地理坐标系重合或平行，Y4 轴模拟地理坐标系水平指北轴 Y0，X4 轴模拟地理坐标系水平指东轴 X0， Z4 轴模拟天顶轴 Z0， 这样测量坐标系 X4Y4Z4 就与地理坐标系统 X0Y0Z0 建立了对应的模拟关系。 要完成地理坐标系到载体坐标系的投影计算， 引入计算坐标系 X1Y1Z1 及 X2Y2Z2， 坐标转换过程可通过绕坐标轴作三次旋转得到，首先载体绕 Z0 轴转动 K，即载体处于水平状态纵轴线和 北向间有一夹角 K （顺时针为正） ， 然后考虑载体绕 X1 轴转动角 ， 即载体纵轴线与水平面有一夹角 （逆 时针为正），最后考虑载体绕 Y2 轴转动角 ，即载体横轴线与水平面有一夹角 （顺时针为正），即：
美国四位罗盘介绍
具有绝对北向测量能力的四位陀螺寻北仪1.概述由于陀螺的敏感轴不可能用简单的方法直接而准确的测量出来，因此常见的陀螺寻北仪均属于相对测量仪器，即存在某个系统偏差或称仪器常数，此常数的稳定性通常受环境和时效等的影响，关系到仪器的可信度，因此必须在出厂前通过外部天文方位基准进行校准，并且定期进行复验。
为此，多年来美国为实现陀螺寻北仪的绝对测量付出了巨大努力，并且取得巨大成功。
尽管陀螺寻北系统中可能使用不同的陀螺及采用不同的测量方法，但是陀螺寻北仪的基本测量原理都是利用陀螺具有敏感惯性空间角速度的特性来测定地球自转角速率水平分量即北向方位。
只要陀螺有一定的精度，则利用陀螺测定地球自转轴方向是不困难的。
例如，当放在地球上的一个双轴陀螺的两个敏感轴均感受不到地速时，则两个敏感轴所在平面的法线即平行地轴。
然而，为了得到地速水平分量方向，还必须给出地垂线方向。
地垂线的测定通常是利用水平仪或加速度表等完成，这就决定了陀螺寻北仪所测定的北向只能是天文方北。
严格说，任何一种陀螺都可以用来敏感地球自转角速率，而每一种陀螺又可以采用多种方法完成寻北测量，因此有多种陀螺寻北仪在各种不同领域内使用。
除去专用陀螺寻北仪之外，还有一些复杂的惯性测量系统，如惯性平台系统，也能在程序控制下进入特殊的寻北工作状态实现寻北。
1963年由美国TRW公司研制成功的四位陀螺罗盘（1960年研制成功，1963年发表）是现代陀螺寻北技术成功的典范。
其意义不仅在于它达到了惯性测量系统前所未有的高精度（寻北精度为1"），而且首次实现了天文方位的绝对测量，即四位陀螺罗盘的仪器常数为零。
在公布这一成果时使用“陀螺罗盘向天文法挑战”的标题是十分恰当的。
后来研制的四位陀螺罗盘的寻北精度已经达到甚至超过了一等天文测量的精度（0.3"），实际上已经达到了当今技术的极限，无疑具有划时代意义。
过去，陀螺罗盘必须使用天文观测的“真北”校正其仪器常数但是现在则是相反。
光纤陀螺寻北仪航向效应误差分析和补偿
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｂ ｒｏ ｔ ｙ ｏ ｃ ｐ ；ｆ ｕ － ｏ ｉｉｎ；ｎ ｒ ｈ ｓ ｅ ｅ ；ｑ ａ ｒ ｎ ｉｔｎ ｔ ｎ ｅ ｄ ｎ ｆｅ ｔ ｙ ｒ ｓ ｆ ｅ － ｐ ｉ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ｏ ｒｐ ｓｔｏ ｉ ｃ ｏ ｔ － ｅ ｋ ｒ ｕ ｄ ａ ｔｄ ｓｉ ｃ ｉ ；ｈ ａ ｉｇ ｅ ｆ ｃ ｏ
ｃ 【 Ｊ
柚 Ｅ 。ｏ ∞ ｓｎ ］ ６ ］ ｒ— ｏ ｃｓ 。ｉｇ （ ）
其中 。 为地球 自转 角 速度 ， 当地 的地理纬度 。 为 从 Ｏ Ｙ ｚ 变换到 ０ 。３３ ， Ｘ。 。 ｏ Ｘ ｌ ｙ 后 陀螺 仪所 能 敏 Ｚ 感到 的地球 自转 角 速度 分量 为 ：
各轴 上 的分量 可表 示 为 ：
其中 、 、 、 分别为 Ｆ ｚ ＯＧ在 ４个位 置 的输 出 。
由于使用 条件 的要 求或 机械 安 装 的原 因 ， 时 寻 有 北 仪工作 时 陀螺 的敏感轴 不 一定 处 于水 平 面 内 ， 寻 给
北带来一 定 的困难 。
∞ ｏ一 ［ 叫
寻北方 案 ， 并分析 了各种误 差源 的 影响 。但 寻北仪 的 初始方位角 与寻北精度 的关 系并 未被 研究 过 ， 而在 实
际寻北过程 中 ， 某些特 殊 的初 始方 位 角上 的寻 北精 度 会 大大下 降 ， 种 现象 称 为 寻 北 仪 的航 向效应 ， 向 这 航
１ 光 纤 陀螺 仪 倾 斜 寻北 原 理
重合 。 载体 坐标 系 可 以
看 成 由地 理 坐 标 系 经 ３
摆式陀螺寻北仪步进寻北原理5页word文档
摆式陀螺寻北仪步进寻北法1982．10．1前言悬挂摆式陀螺寻北仪是目前使用最广的一种寻北系统。
它能在几十分钟到几分钟内准确地测定出天文北，而不需要观测天星或地面目标。
仪器的主要部分是一个用恒弹性金属悬带自由悬吊着的陀螺房，其内部装有高速旋转的陀螺马达，马达的转轴即H轴呈水平放置。
由于陀螺房的悬挂点在其重心下部，因而构成一个能敏感地球自转角速度水平分量的陀螺摆，在地球自转运动的作用下水平状态的H轴将绕铅垂方向作正弦摆动。
当悬带不受扭时(通常可以通过上悬带夹跟踪方法消除其扭力影响)，H轴摆动的平衡位置即为真北方位。
为了测得这个平衡位置可以有许多不同的方法，如逆转点方法、时差方法、力反馈方法、循环阻尼方法等等。
1977年西德学者H. Rymarczyk提出一种新的寻北方法－“叠代步进”寻北方法(1)，以下简称“步进”寻北方法。
此方法曾经被用于西德矿山测绘所研制的MW50手动测量寻北仪。
在高精度MW77（Gyromat2000的前身）陀螺寻北仪中，由于测量摆动的线性光电传感器的敏区有限，在初始架设时如果陀螺H轴偏离北向比较大时，陀螺摆动的平衡位置可能偏离光电传感器的敏区（或者形成切割），因而无法完成光电自动积分测量。
采用步进”寻北可以完成快速粗寻北，将陀螺房的摆动收敛到光电传感器的敏区之内。
此过程在MW77是手动完成而Gyromat2000 则是自动完成。
文献1只对步进寻北方法的操作作了简单说明，而文献2只给出了大刚度悬带条件下即扭力比K1的步进寻北过程曲线。
均未提到K1条件下寻北测量方法、初始偏北角与步进次数的关系及理论真北的计算方法，也没有给出具有明显物理意义的寻北运动方程。
本文对其寻北过程的本质作了明确的解释，从简单的物理过程出发推导了包括K1在内的各关系式，其正确性已通过大量试验进行了证明，并成功地用于TJ－76和TDJ-83（西安101厂生产，目前可能已经改型了）陀螺经纬仪。
2步进寻北原理为了说明步进寻北法的原理，我们先分析一下陀螺摆在悬带受扭条件下的运动，然后介绍步进衰减的寻北过程。
航天十五所陀螺寻北仪发展的回忆（1）
航天十五所陀螺寻北仪专业回忆(1)记得1970年冬天在太原发射场火箭发射前几天下了一场大雪,后来积雪融化了，就在火箭发射前一天天气突然降温,早上发现发射场坪地面出现很多裂缝,最宽的裂缝足足有三十毫米。
我立刻到方位基准地标附近察看，眼前的场景让我一下蒙了，地标附近也出现大裂缝，显然地标位置被移动了。
发射场用于为火箭发射瞄准的方位基准是地面上安放的三个基准点(陶瓷十字标),瞄准间内的基准点称为“瞄准点”,瞄准窗外大约在射向方向距离瞄准点接近30米远的左右两侧分别设置两个地标，左侧为“方位基准点”,右侧为备份的“方位检察点”，这两个点相距二三十米远。
瞄准点与“方位基准点”的连线（瞄准线）以及瞄准点与方位检查点连线的大地方位角是测量大队经过大约一周的时间精确测量的。
方位基准点附近的地面裂缝走向大致平行于瞄准线则瞄准线的大地方位角就会出现巨大偏差，仅此一项误差也可能造成近1km的弹着点横向偏差，这是不可接受的。
重新测绘方位基准肯定是来不及了。
我立刻将此意外情况报告给发射指挥部。
指挥部领导反问:这种情况下明天是否可以如期发射？我不敢回答。
我一个人无法承担这个责任，于是请来火箭总体和发射基地有关负责人一起仔进一步细查看和分析，发现“检查点”附近的裂缝距离检查点比较远其裂缝走向大体与检察点与瞄准点连线方向接近垂直状态，也就是说备份地标的大地方位角变化量在可能在允许的误差范围内。
大家一致同意利用备份检查点如期进行方位瞄准和发射。
最终发射结果的横向偏差在预定范围之内。
这是我第二次遇到有惊无险的难忘经历。
第一次是曾经遇到下午的阳光进入瞄准仪光管内造成瞄准仪短时间失灵。
上述突然发生的意外让人意识到过去对于地标的保护只限于防止人为有意（阶级敌人）和无意的破坏或者是自然灾害-地震而忽略了这类因素。
在讨论这个问题时测绘大队负责人提到国外采用陀螺经纬仪（以下称摆式陀螺寻北仪）进行快速方位基准测量，还可以用于武器机动发射。
这是我第一次听说“陀螺寻北仪”因此感到十分好奇。
摆式陀螺寻北仪力矩器和力矩测量-10页word资料
摆式陀螺寻北仪的力矩测量方法和力矩器设计问题2000.01.03.声明以下大部分是本人观点，可能是错误的！1摆式陀螺寻北仪及其力反馈测量悬挂摆式陀螺寻北仪是目前使用最广的一种陀螺寻北系统。
它能在几十分钟到几分钟内准确地测定出天文北，而不需要观测天星或地面目标。
仪器的主要部分是一个用恒弹性金属悬带自由悬吊着的陀螺房，其内部装有高速旋转的陀螺马达，马达的转轴即H 轴呈水平放置。
由于陀螺房的悬挂点在其重心下部，因而构成一个能敏感地球自转加速度水平分量的陀螺摆。
在地球自转运动的作用下H轴将绕铅垂方向作正弦摆动。
当悬带不受扭时(通常可以通过上悬带夹跟踪方法消除其扭力影响)，H 轴摆动的平衡位置即为真北方位（严格说应该是在子午面内）。
可以有许多不同的方法测得这个平衡位置，如逆转点方法（最原始的方法）、时差方法、周期积分法（十五所转给测绘所的方法）、循环阻尼方法（目前十五所在研陀螺经纬仪使用的方法）和力反馈回路测量方法等等。
为了加快寻北过程和提高寻北精度,国外新一代摆式寻北仪普遍采用了加矩控制和力矩测量（即力反馈）技术.与ALINE 寻北仪使用的H 轴慢速北向逼近方法不同，力反馈寻北测量方法不是使H 轴逼近北而是在力反馈回路控制之下使H 轴停留在粗寻北结束时的偏北位置上，在此位置上测量出用以平衡陀螺指北的力矩值并根据测量值推算偏北角以此加快精寻北过程。
此时不存在循环逼近方法中存在的剩余死区。
所谓力反馈回路，是通过一个力矩伺服控制回路控制的力矩器为陀螺施加与陀螺指北力矩相互平衡的力矩，力矩器的控制电流正比于平衡力矩的大小。
因此陀螺指北力矩的测量被转化为力矩器控制电流的测量。
也可以说此时将原来的自由陀螺陀螺（或称位置陀螺）变成速率陀螺了。
为了滤除随机干扰，通常经过对力矩电流进行积分或者数字滤波处理获得平均电流值。
在忽略H 轴的微小倾角和干扰力矩的情况下可得到简化力矩平衡方程:Ne T T T H I K M idt T K M αλωsin cos 1101⋅=⋅=⋅=⎰ (1) 式中K T 为力矩器系数。
寻北仪原理及典型指标参数
寻北仪原理简介和分类寻北仪是罗盘的一种，是用来寻找某一位置的真北方向值。
陀螺寻北仪又称陀螺罗盘，是利用陀螺原理测定地球自转角速率在当地水平面投影方向（即真北方位）的一种惯性测量系统。
它的寻北过程无需外部参考。
除受高纬度限制之外，它的寻北测量不受天气、昼夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。
陀螺寻北仪是一种精密惯性测量仪器，通常用于为火炮、地对地导弹和地面雷达等机动武器系统提供方位参考。
根据所用陀螺类型，陀螺寻北仪可分为以下三种：◆以二自由度陀螺作为地球自转敏感器的寻北仪（如悬挂摆式陀螺寻北仪）◆以单轴速率陀螺作为敏感器的寻北仪（如捷联式陀螺寻北仪，高精度，例SDI-151）◆平台寻北系统陀螺寻北仪对环境的振动干扰（特别是对低频振动干扰）极为敏感。
根据使用环境，陀螺寻北仪可分为地面架设的高精度寻北仪、车载陀螺寻北仪和船用动基座陀螺寻北仪三种。
工作原理陀螺寻北仪原理陀螺仪是一种机械转动部件的惯性测量元件，具有耐冲击、灵敏度高、寿命长、功耗低、集成可靠等优点，是新一代捷联式惯性导航系统中理想的惯性器件。
在基于陀螺的寻北应用中，采用的大多数方法是FOG转动固定角度，通过确定偏移量计算相对北方向的夹角。
为了精确指北，还必须消除FOG的漂移。
一般使用一个旋转平台如图1所示，将陀螺置于动基座上，动基座平面平行于水平面，陀螺的敏感轴平行于动基座平面。
开始寻北时，陀螺处于位置1，陀螺敏感轴与载体平行。
假设陀螺敏感轴的初始方向与真北方向的夹角为。
陀螺在位置1 的输出值为；然后转动基座90°,在2位置测得陀螺的输出值为。
依次再转动两次90°，分别转到3和4的位置，得到角速度和。
图 1. 陀螺寻北示意图图 2. 地球自转在陀螺敏感轴上的投影假设测量点的纬度为，地球自转为，则1位置测得的角速度为：其中，为陀螺输出的零点漂移。
同理可得：在短时间内，假设陀螺的漂移为一常量，即：, 则用此方法测量，可以消除陀螺的零偏，也不需要知道测量地点的纬度值。
寻北仪产品说明书
3.5 表面状况及外观质量
产品外观质量应满足下列要求： a) 表面颜色符合图纸要求各部位色泽均匀一致 b) 外表涂层应无明显的划伤脱落起皮起泡龟裂和锈蚀等疵病 c) 表面的刻字符号标志的着色应均匀清晰牢固 d) 外表面应清洁干净不应有油脂密封胶焊剂等残余物 e)紧固件连接件外露的槽孔棱不应起毛和损伤
北京七维航测科技股份有限公司
Beijing SDi Science&Technology Co.,Ltd.
显示方式 外形尺寸
液晶显示 详见附录
2 使用说明
2.1 安装说明
见图2参考附录将产品正确安装在工作台面上。 安装基准面平面度0.05mm用螺钉将产品紧固保证刚性连接。 保证产品轴向与系统测试轴向一致。
波 特 率9600 数据格式1个起始位8个数据位1个停止位无奇偶校验位。 数据帧格式
AA 帧字头 HL HH 方位角 SUM 校验和
帧数据共4个字节 帧字头十六进制数AA 方位角：双字节，低字节在前，16位原码数据，1bit=0.01º 校验和单字节它是第23字节相加后取低8位的结果
2.3 使用步骤
SDI-151寻北仪 产品说明书
北京七维航测科技股份有限公司
Beijing SDi Science&Technology Co.,Ltd.
目 录
1 SDI-151型寻北仪简介.......................................................3
1.1简介.................................. .................................................3 1.2产品描述............................ ....... ............... .........................3 1.3性能参数和特点...................................................................4
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附录1
附录2：寻北精度影响因素
2．1 陀螺漂移对寻北精度的影响
仿真条件：纬度为40度；
在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为-0.05︒，y轴漂移+0.05︒;
俯仰角和横滚角分别为5︒；
仿真结果见图3
图3
仿真条件：纬度为40度；
在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;
俯仰角和横滚角分别为5︒；
仿真结果见图4
图4
2．2 姿态角误差对寻北精度的影响
仿真条件：纬度为40度；
俯仰角和横滚角的误差均为0.01︒；
俯仰角和横滚角分别为5︒；
计算公式（17）式。
仿真结果见图5
图5
仿真条件：纬度为40度；
俯仰角和横滚角的误差均为0.05︒；
俯仰角和横滚角分别为5︒；
计算公式（18）式。
仿真结果见图6
图6
2．3 纬度误差对寻北精度的影响
仿真条件：纬度为40度；
纬度误差为：0.1︒
俯仰角和横滚角分别为5︒；
计算公式（17）式。
仿真结果见图7
图7
2．4 纬度对寻北精度的影响
仿真条件：纬度为5度；
在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;
俯仰角和横滚角分别为5︒；
仿真结果见图8
图8
仿真条件：纬度为20度；
在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;
俯仰角和横滚角分别为5︒；
仿真结果见图9
图9
仿真条件：纬度为55度；
在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;
俯仰角和横滚角分别为5︒；
仿真结果见图10
2．5 陀螺漂移对纬度计算误差
对式（19）在纬度为40度条件下，进行了全方位的仿真。
仿真结果见图11
图10
图11（注：曲线1为陀螺x轴漂移+0.04︒、y轴漂移-0.04︒。
曲线2为陀螺x轴漂移+0.04︒、y轴漂移+0.04︒。
曲线3为陀螺x轴漂移-0.04︒、y轴漂移-0.04︒。
）
2．结果总结
通过以上的仿真，可以得到以下几个结论：
（1）陀螺漂移的误差为寻北仪的主要误差源。
（2）加速度计测量的水平姿态角的误差，最大部分1：1反映到方位角上，因此，加速度计的误差要控制在1’以内。
（3）纬度误差对（18）式无影响，对式(17)有影响，当纬度误差小于0.1︒时，方位角的误差控制在1’以内。
（4）纬度对方位角的误差由较大的影响，纬度越小精度越高。
对于式（18），在纬度为10度以内误差较大。
（5）当给定初始纬度时，采用（17）式计算精度更好。
综合以上分析，陀螺在寻北期间内的漂移最好控制在0.02︒以内，姿态角控制在1’以内，纬度误差控制在0.1︒以内，则寻北仪的寻北精度可达到10’。