陀螺经纬仪在北向基准检测中的应用研究
陀螺经纬仪在地理空间定向中的应用研究——以西安地铁工程为例
陀螺经纬仪在地理空间定向中的应用研究——以西安地铁工程为例姜雁飞;胡荣明;杨联安【摘要】目的研究陀螺经纬仪在地铁工程中空间定向的一些方法.方法测量误差传递及陀螺地理空间定位理论,西安地铁二号线典型盾构区间为实验研究对象,分析引起误差的原因及探讨提高陀螺定向精度的措施.结果在接收井附近测定仪器常数的陀螺定向边精度.优于在始发井附近测定仪器常数的定向精度和地下导线精度.结论地理纬度对陀螺方位角的影响是不可忽视的因素;使用陀螺仪进行隧道空间定向时,地面已知边应选在接收井附近测定仪器常数;加测陀螺定向边是提高贯通精度的有效手段.%Aim To study some methods of applying gyroscopic theodolite for in geographical spatial orientation metro project.Methods Use the theories of survey error and geographical spatial orientation of gyroscopic theodolite, take subway No.2 line of Xi'an as a case, analyze the reason of error and the ways to improve accuracy of orientation of gyroscopic theodolite.Results The accuracy of orientation of gyroscopic theodolite, when the instrument constant is measured in the receiving well, is surpassing to the accuracy when the instrument constant is measured in starting well, and the accuracy of the ground wire as well.Conclusion The geographical latitudes which influence the azimuth of the gyro scope should not be neglected, when using gyroscope theodolite in the tunnel or underground space orientation, the known directional edge of ground should be selected near the receiving well to measure instrumentconstant.Adding measurement of orientation of gyroscope improve the accuracy of linking up tunnel.【期刊名称】《西北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(041)001【总页数】5页(P145-149)【关键词】地理纬度;陀螺空间定向;盾构;隧道贯通【作者】姜雁飞;胡荣明;杨联安【作者单位】陕西师范大学,旅游与环境学院,陕西,西安,710062;西安市地下铁道有限责任公司,陕西,西安,710018;西安科技大学,测绘学院,陕西,西安,710054;西北大学,城市与环境学院,陕西,西安,710127【正文语种】中文【中图分类】TD175+.5在地铁盾构施工中，隧道贯通是施工过程中非常重要的技术环节，直接关系到工程的质量，一般是由开挖井向吊出井掘进施工的单向贯通工程，贯通要求精度很高，不少城市在这方面出现过不同程度的问题，造成了很大的损失。
陀螺经纬仪
构造
构造
陀螺经纬仪由陀螺仪、经纬仪和三脚架组成。 (1)陀螺仪 陀螺仪是系统的核心，主要由陀螺灵敏部、电磁屏蔽机构、吊丝和导流丝、方位回转伺服驱动装置、阻尼装 置、惯性敏感部锁紧装置、支承和调平装置、光电测角传感器、电源、控制及显示部分等组成。 陀螺灵敏部内有以恒定转速旋转的陀螺电机，该陀螺电机由吊丝悬挂于陀螺框架并由导流丝供电。 陀螺灵敏部锁紧装置是为了在运输状态下保证陀螺灵敏部安全，将惯性敏感部和框架固连。 阻尼装置是为衰减陀螺灵敏部在释放后的摆动幅度，使其摆动状态满足寻北要求，最终达到克服北向进动力 矩，使陀螺灵敏部相对稳定于惯性空间某一固定方位。阻尼有摩擦力阻尼、液体阻尼和电磁阻尼等方式。 方位吲转伺服驱动系统可实现陀螺仪的方位回转并提供回转力矩和稳定的传动。 支撑和调平装置可实现经纬仪和陀螺仪之间的机械和光学对接、整套仪器的调平以及各部件组件的安装固连。 光电测角传感器包括检测惯性敏感部摆动角度的光电角度传感器、检测陀螺仪方位回转角度的光栅码盘系统。 电磁屏蔽主要用于屏蔽内外磁场对陀螺寻北的干扰。
定向原理
定向原理
陀螺仪内绕其对称轴高速旋转的陀螺具有两个重要特性：其一，为定轴性，即在没有外力矩的作用下，陀螺 转轴的方向始终指向初始恒定方向；其二，为进动性，即在外力矩的作用下，陀螺转轴产生进动，沿最短路程向 外力矩的旋转轴所在铅垂面靠拢，直到两轴处于同一铅垂面为止。
真子午线是过地球自转轴的平面（子午面）与地球表面的交线，因此地面真子午线（真北方向）与地球自转 轴处于同一铅垂面内。当陀螺仪的陀螺高速旋转，其转轴不在地面真子午线的铅垂面内时，陀螺转轴在地球自转 的力矩作用下产生进动，向真子午线和地球自转轴所在的铅垂面靠近，于是陀螺的转轴就可以自动地指示出真北 方向。
陀螺经纬仪精密定向及误差分析论文
8摘要陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合成为一体的、全天候，并且不依赖于其他条件就能测定真北方向的精密定向仪器，有着广泛的应用。
随着科学和技术、工程建设与经济建设的快速发展，对陀螺经纬仪定向精度要求越来越高，而国内外在高精度陀螺经纬仪定向精度方面的研究较少，尤其是在陀螺经纬仪定向精度评定规范以及外界因素对陀螺经纬仪定向精度的影响方面的研究成果欠缺。
因此，本文探讨了陀螺经纬仪定向精度的有关问题。
本论文主要研究情况如下：首先，对于陀螺经纬仪的具体构造和陀螺经纬仪的具体工作原理做出了相应的理论分析。
详细阐述了陀螺仪的结构和功能以及陀螺经纬仪的定向原理。
其次，在相应的理论指导之下，详细的介绍了几种具体的测量方法。
分别根据陀螺仪经纬仪的跟踪和不跟踪两种情况来具体来进行数据的获取和处理。
在不跟踪状态下对中天法、时差法以及三点法等进行具体的理论分析和实际操作。
最后，在对中天法和逆转点法两种工作方式做理论上的分析。
在定向精度和误差等具体环节上分析，得出比较适合应用的数据获取方法，也就所谓的观测方法。
关键字：陀螺经纬仪，结构和功能，定向原理，观测方法，误差分析AbstractThe theodolite is a gyro and theodolite combined into one , all-weather , and does not depend on other conditions can be measured precision orientation apparatus to true north , has a wide range of applications .With the rapid development of science and technology, engineering, construction and economic construction , the directional accuracy of the theodolite have become increasingly demanding , and less at home and abroad in high-precision gyro theodolite directional accuracy , especially in the directional gyro theodolite accuracy assessment lack of research results of the specification and the impact of external factors on the directional gyro theodolite accuracy . Therefore, this article discusses the issues related to directional accuracy of the theodolite . This thesis is as follows : First, for the specific structure of the gyro theodolite and gyro theodolite works to make the theoretical analysis . Elaborated on the structure and function of the gyroscopes and orientation principle .Second, under the theoretical guidance , described in detail several specific methods of measurement . Gyro theodolite tracking and not tracking the two situations specific to the data acquisition and processing , respectively . For example, in the state does not track the transit method, difference method , and three-point method of theoretical analysis and practical .Finally, the theoretical analysis of the two methods of work of the transit law and reverse the point method . Directional accuracy and error analysis of the specific areas of analysis, to draw more suitable for data acquisition applications , there is theso-called methods of observation .Keywords: Theodolite , the structure and function , directional principle , observation method , error analysis目录目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (II)第一章绪论................................................................................................................................ - 1 -1.1本课题研究的背景及意义........................................................................................... - 1 -1.2陀螺经纬仪精密定向的研究现状及发展趋势........................................................... - 2 - 第二章陀螺经纬仪的构成........................................................................................................ - 4 -2.1陀螺经纬仪的分类....................................................................................................... - 4 -2.2 陀螺经纬仪结构组成.................................................................................................. - 4 -2.2.1 灵敏部.............................................................................................................. - 5 -2.2.2 光学观测系统.................................................................................................. - 5 -2.2.3 紧锁限幅结构.................................................................................................. - 7 -2.2.4 机体外壳.......................................................................................................... - 7 - 第三章陀螺经纬仪精密定向原理............................................................................................ - 8 -3.1 陀螺仪简介.................................................................................................................. - 8 -3.1.1 陀螺仪的基本特征（陀螺仪的进动性和定轴性）...................................... - 8 -3.1.2 陀螺仪转动的微分方程................................................................................ - 10 -3.1.3 摆式陀螺仪的运动方程................................................................................ - 10 -3.2 陀螺经纬仪定向观测方程........................................................................................ - 13 -3.2.1 陀螺轴的自由摆动方程................................................................................ - 14 -3.2.2 跟踪状态下陀螺轴的摆动方程.................................................................... - 15 -3.2.3 经纬仪照准部固定状态下陀螺轴的摆动方程............................................ - 16 - 第四章陀螺经纬仪定向实验.................................................................................................. - 19 -4.1逆转点法数据获取及数据处理方法......................................................................... - 19 -4.1.1逆转点法数据获取（陀螺经纬仪的操作步骤）......................................... - 19 -4.1.2 逆转点法数据处理方法................................................................................ - 20 -4.2 中天法的数据获取以及数据处理方法.................................................................... - 21 -4.2.1 中天法的数据获取（陀螺经纬仪的操作步骤）........................................ - 21 -4.2.2 中天法数据处理方法.................................................................................... - 22 -4.3 具体数据获取处理.................................................................................................... - 25 -4.4 总结不跟踪式观测的几种简易方案........................................................................ - 30 -4.4.1 中天法............................................................................................................ - 33 -4.4.2 时差法............................................................................................................ - 35 -4.4.3 改化振幅法.................................................................................................... - 36 -4.4.4 三点快速法.................................................................................................... - 37 - 第五章陀螺经纬仪定向方法的精度分析.............................................................................. - 39 -5.1 影响陀螺经纬仪定向精度的各种因素.................................................................... - 39 -5.2 陀螺经纬仪精密定向中误差来源分析................................................................ - 40 - 第六章陀螺经纬仪定向方法对比分析结论.......................................................................... - 41 - 参考文献.................................................................................................................................... - 43 - 致谢及声明................................................................................................................................ - 44 -第一章绪论1.1本课题研究的背景及意义陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合成一体的、并且不依赖其他条件能够测定真北方位的精密物理定向仪器，广泛应用于测绘工作中，特别是矿山、隧道、海洋、森林和军事等隐秘地区的定向测量和快速测量，解决了传统定向方法精度低、工作量大及定向时间长等缺点。
一种磁悬浮陀螺寻北仪的研究
４ 装备 园地 ４
测绘 技术 装备
季刊
第 １ ０卷
２０ 第 ３盘 仪运 动周 期长 ，使得 陀 螺经 纬仪 定 向速度 慢 。
装 在 房 体 内 的 陀 螺 马 达 转 子 既 绕 主 轴 高 速 旋 与 之相 比较 ，单 自由度 的 陀螺 罗盘 仪 运 动 周 期 短 ， 转 ，又 随 地球 一 起 转 动 ，即转 子 上 的质 点既 存在 相 如 果用 它 代 替 二 自由度 陀螺 罗 盘 仪 ，在 同样 参 数 下 对运动 ，又存在牵连运动，则必定有科 氏力作用 。 会 使 陀螺 经 纬 仪 的寻 北 定 向 时 间大 为缩 短 。 同时还 科 氏力 的其 中一 部分 是 由沿 主轴 垂 直轴 方 向的牵 连 可 简化 陀 螺 盘仪 结 构 、减 轻 整 机 重量 。这 符合 当前 运动角速度的分量和转子主轴 的相对速度 的运动 中
了一种 新型的磁 悬浮 陀螺 经纬仪 的实现 方案 ，阐述 了该 陀螺仪寻 北的原 理以及结构组成 实现 ，建立起 了大刚
度 电磁 力约束下 陀螺盘的 力学模型 ， 推导 了陀螺仪 主轴位于 当地子 午线附近时的运动方程及其运动规律 ；并
和传统 的悬挂式 陀螺经纬仪 的性能进行 了比较 ， 明该磁 悬浮 陀螺仪 具有运动周期短 的特 点， 用它作 为寻 表 运
其 中心 的转 动 ， 出现 抬 高角 ，悬 挂 式 陀螺 仪 中使房 体 的 重心 位 于悬 挂 点 之 下 ，用 重 力 迫使 陀 螺 主轴 维 持 在主 轴 方 向，给 陀 螺房 体 施 加 了 一个 重 力 矩 ，使
光纤陀螺寻北实验报告
光纤陀螺寻北实验报告光纤陀螺寻北实验报告引言：光纤陀螺作为一种高精度的测量仪器，广泛应用于导航、航天、地质勘探等领域。
其中，寻北功能是光纤陀螺的重要应用之一。
本实验旨在通过对光纤陀螺进行寻北实验，探究其在寻找地理北方向上的准确性和稳定性。
实验装置：本实验使用的光纤陀螺由激光器、光纤环路和光电探测器组成。
其中，激光器产生的激光通过光纤环路进行传输，光电探测器则用于接收光信号并转换为电信号。
实验步骤：1. 将光纤陀螺固定在实验台上，并保持水平。
2. 打开激光器，调整其输出功率，使其适合实验需求。
3. 将光纤陀螺与电脑连接，并打开相关数据采集软件。
4. 启动光纤陀螺，等待其进入工作状态。
5. 在数据采集软件中设置采样频率和时间。
6. 开始记录数据，同时将光纤陀螺缓慢旋转，使其能够捕捉到地球自转带来的角位移信号。
7. 持续记录一段时间后，停止数据采集，并保存数据。
实验结果：通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 光纤陀螺在寻找地理北方向上具有较高的准确性。
实验结果显示，光纤陀螺能够稳定地指向地理北方向，并且在长时间的实验过程中，其指向保持相对稳定。
2. 光纤陀螺的稳定性较高。
在实验过程中，光纤陀螺的指向变化较小，且能够迅速回到原始位置。
这表明光纤陀螺具有较好的稳定性，适用于高精度导航等领域。
3. 光纤陀螺在不同环境下的表现可能存在差异。
由于实验条件的限制，我们未能对光纤陀螺在不同温度、湿度等环境下的性能进行全面测试。
因此，对于实际应用中的特定环境，仍需进一步研究和验证。
讨论与展望：光纤陀螺作为一种新型的测量仪器，其在导航、航天等领域的应用前景广阔。
本次实验结果表明光纤陀螺在寻找地理北方向上具有较高的准确性和稳定性，为其在实际应用中提供了有力的支持。
然而，光纤陀螺仍面临一些挑战。
首先，其制造成本较高，限制了其大规模应用。
其次，光纤陀螺在极端环境下的性能仍需进一步研究和改进。
此外，光纤陀螺的体积和重量也需要进一步减小，以适应更多场景的需求。
陀螺经纬仪观测方法研究与应用
陀螺经纬仪观测方法研究与应用【摘要】陀螺经纬仪（gyro theodolite）是带有陀螺仪装置、用于测定直线真方位角的经纬仪。
其关键装置之一是陀螺仪，简称陀螺，又称回转仪。
陀螺经纬仪的用途在于它能够确定真北方向（子午面）在水平度盘上的读数，在跟踪状态下即陀螺轴进动（摆动）中心所对应的水平度盘读数，求M的方式不同，确定了两大类陀螺经纬仪定向观测方法：跟踪式与不跟踪式。
本文对观测精度进行分析后总结出观测方法、注意事项。
【关键词】陀螺经纬仪；观测方法；研究与应用引言陀螺经纬仪（见图1）主要由一个高速旋转的转子支承在一个或两个框架上而构成。
具有一个框架的称二自由度陀螺仪；具有内外两个框架的称三自由度陀螺仪。
经纬仪上安置悬挂式陀螺仪，是利用其具指北性确定真子午线北方向，再用经纬仪测定出真子午线北方向至待定方向所夹的水平角，即真方位角。
指北性，是指悬挂式者在受重力作用和地球自转角速度影响下，陀螺轴将产生进动、逐渐向真子面靠拢，最终达到以真子面为对称中心，作角简谐运动的特性。
确定真子午线北方向的常用方法，有中天法和逆转点法。
图1 陀螺经纬仪目前主要应用于矿用巷道施工测量，以及盾构掘进中的水平及真北方向测量，可大大弥补导线过长所造成的精度损失。
1 陀螺经纬仪观测方法简介1.1 逆转点法逆转点法是一种最基本的陀螺定向方法。
用逆转点法进行定向观测时，要求照准部处于跟踪状态，即在观测过程中使目镜分划板的零刻线始终与陀螺灵敏部的摆动光标相重合。
当跟踪陀螺灵敏部到逆转点时，在经纬仪水平读盘上读数u1；跟踪到另一个逆转点时，在经纬仪水平读盘上读数u2。
连续读取五个逆转点读数u1、u2、u3、u4、u5，取舒勒平均值计算结果。
五个读数可以得到三个舒勒平均值N1、N2、N3：则一次测定陀螺方位角的平均值为：N均=（N1+N2+N3）/3=（u1+3u2+4u3+3u4+u5）/12。
1.2 中天法陀螺经纬仪照准部固定不动，当灵敏部的摆动光标线通过目镜分划板零刻线时，在秒表上读取中天时间ti，光标线到达逆转点时，在目镜分划板上读取摆幅格值aE和aW，取连续的五个中天时间t1、t2、t3、t4、t5，依此求得陀螺北方向值N。
陀螺经纬仪校准系统精确对中方法探讨
· １８· 理论与实践
２０１８年第 ３８卷第 ５期
传统的对中方法主要有：垂球对中法、光学对点器 对中法、激光对点器对中法、对中杆对中法和强制对中 法等。其中，垂球对中法误差约为 ±２ｍｍ；对中杆对中 法误差约为 ±１ｍｍ。激光对点器和光学对点器经过严格 检校后，对中误差约为 ±０５ｍｍ。采用固定螺丝的强制 对中法误差最小，一般可控制在 ±０１ｍｍ左右［５－６］。
在建立陀螺经纬仪校准系统时，首先要建立方位角 基准，确定方位角基准与真北的夹角。使用方位角 基准校准陀螺经纬仪时，需使被校准陀螺经纬仪中心位 置安放与天文定向时的观测中心位置重合（即在同一基 准方向上），然后用被校准陀螺经纬仪瞄准方位角基准， 并读数，计算陀螺经纬仪仪器常数和寻北误差。
关键词：陀螺经纬仪；精确对中；姿态调整机构 中图分类号：ＴＢ９２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－５７９５（２０１８）０５－００１７－０４
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＡｃｃｕｒａｔｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｏｆＧｙｒｏＴｈｅｏｄｏｌｉｔｅＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ ＦＵＹｏｎｇｊｉｅ
计测技术 ｄｏｉ：１０１１８２３?ｊｉｓｓｎ１６７４－５７９５２０１８０５０４
理论与实践 · １７·
陀螺经纬仪校准系统精确对中方法探讨
付永杰
（中国人民解放军 ９２４９３部队，辽宁 葫芦岛 １２５０００）
摘 要：在陀螺经纬仪校准过程中，需要将陀螺经纬仪中心与天文定向时的观测中心对中，此对中精度直接 影响其寻北精度的测量结果。本文设计了一种基于两个平行光管的双目标精确对中方法，经实验验证，该方法可 实现被检陀螺经纬仪中心与天文定向时的观测中心的高精度对中，成功提高了陀螺经纬仪校准的准确性；为配合 该方法的使用，设计了陀螺经纬仪对中调整机构，该机构可以实现陀螺经纬仪水平二维位移调整和高低姿态调 整，通过姿态调整，可以与天文定向时的观测中心高精度对心，提高测量精度，并满足不同型号陀螺经纬仪校准 需求。
陀螺仪高精度寻北方法
陀螺仪⾼精度寻北⽅法 ⼈们普遍认为是1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球⾃转，发明了陀螺仪。
那个时代的陀螺仪可以理解成把⼀个⾼速旋转的陀螺放到⼀个万向⽀架上⾯，这样因为陀螺在⾼速旋转时保持稳定，⼈们就可以通过陀螺的⽅向来辨认⽅向，确定姿态，计算⾓速度。
⼀、陀螺仪的发明 陀螺仪先后被⽤在航海上和航空上，因为飞机飞在空中，是⽆法像地⾯⼀样靠⾁眼辨认⽅向的，危险性极⾼，所以陀螺仪迅速得到了应⽤，成为飞⾏仪表的核⼼。
到了第⼆次世界⼤战，德国⼈搞了飞弹去炸英国，从德国飞到英国，千⾥迢迢怎么让飞弹能击中⽬标呢？于是，德国⼈搞出来惯性制导系统。
惯性制导系统采⽤⽤陀螺仪确定⽅向和⾓速度，⽤加速度计测试加速度，然后控制飞⾏姿态，争取让飞弹落到想去的地⽅。
⼆战时候，计算机和仪器的精度都是不太够的，所以德国的飞弹偏差很⼤，想要炸伦敦，结果炸得到处都是，让英国⼈恐慌了⼀阵。
不过，从此以后，以陀螺仪为核⼼的惯性制导系统就被⼴泛应⽤于航空航天，今天的导弹⾥⾯依然有这套东西，⽽随着需求的刺激，陀螺仪也在不断进化。
⼆、陀螺仪的进化 最早的陀螺仪都是机械式的，⾥⾯真有⾼速旋转的陀螺，⽽机械的东西对加⼯精度有很⾼的要求，还怕震动，因此机械陀螺仪为基础的导航系统精度⼀直都不太⾼。
于是，⼈们开始寻找更好的办法，利⽤物理学上的进步，发展出激光陀螺仪，光纤陀螺仪，以及微机电陀螺仪（MEMS）。
这些东西虽然还叫陀螺仪，但是它们的原理和传统的机械陀螺仪已经完全是两码事了。
光纤陀螺仪利⽤的是萨格纳克(Sagnac)效应，通过光传播的特性，测量光程差计算出旋转的⾓速度，起到陀螺仪的作⽤，替代陀螺仪的功能。
激光陀螺仪也是通过算光程差计算⾓速度，替代陀螺仪。
微机电陀螺仪则是利⽤物理学的科⾥奥利⼒，在内部产⽣微⼩的电容变化，然后测量电容，计算出⾓速度，替代陀螺仪。
iPhone和我们的智能⼿机⾥⾯所⽤的陀螺仪，就是微机电陀螺仪（MEMS）。
基于单轴光纤陀螺仪的三位置寻北方法研究黄忠伟
基于单轴光纤陀螺仪的三位置寻北方法研究黄忠伟发布时间：2023-05-14T03:34:04.418Z 来源：《中国科技人才》2023年5期作者：黄忠伟[导读] 光纤陀螺寻北仪与光纤陀螺的测量精度以及光纤陀螺在一个单位值上的取样时间有直接关系。
本文提出一种基于双环单轴光纤陀螺的三位式寻北方案，该方案是基于单环单轴光纤陀螺的双环寻北。
本文首先提出一种新型的单轴双环型光纤陀螺。
其次，以双环单轴光纤陀螺为基础，采用0,90,180度旋转三个方位的寻北法，并给出了该方位的解析。
最后，通过实验来验证本项目提出的理论和方法。
试验证明，与常规的4位单环式单环式陀螺仪2位寻北法和2位正交式单环式陀螺仪2位寻北法相比，该方法的寻北率可提高40.74%、21.95%，在精度、成本等方面均有显著优势。
身份证：33070219831217****摘要：光纤陀螺寻北仪与光纤陀螺的测量精度以及光纤陀螺在一个单位值上的取样时间有直接关系。
本文提出一种基于双环单轴光纤陀螺的三位式寻北方案，该方案是基于单环单轴光纤陀螺的双环寻北。
本文首先提出一种新型的单轴双环型光纤陀螺。
其次，以双环单轴光纤陀螺为基础，采用0,90,180度旋转三个方位的寻北法，并给出了该方位的解析。
最后，通过实验来验证本项目提出的理论和方法。
试验证明，与常规的4位单环式单环式陀螺仪2位寻北法和2位正交式单环式陀螺仪2位寻北法相比，该方法的寻北率可提高40.74%、21.95%，在精度、成本等方面均有显著优势。
关键词：寻北仪；光纤陀螺仪；双环单轴；三位置寻北概述光纤陀螺寻北仪是一种高精度的自主定向惯性导航仪器，通过测量载体不同轴向的地球自转速度，利用该方法进行反演，可以得到较好的结果。
当前，光纤陀螺（以单轴为基础）的寻北算法主要有2个地点寻北、4个地点寻北、多个地点寻北以及旋转调制等。
在此基础上，为提高光纤陀螺的寻北精度提供了一种新的途径。
最直接有效的方法，是增加光纤环的有效面积，即增加光纤环的直径和长度[1]。
陀螺经纬仪自动寻北关键技术的研究
01 引言
03 研究现状
目录
02 关键词 04 技术原理
目录
05 实验方法
07 结论与展望
06 实验结果与分析 08 参考内容
引言
陀螺经纬仪是一种用于测量方向和位置的仪器，在军事、航空、地理等领域 具有广泛的应用。在传统的陀螺经纬仪使用过程中，需要人工操作进行寻北，这 不仅增加了操作难度，而且影响了测量效率。因此，研究陀螺经纬仪自动寻北关 键技术具有重要的现实意义和实际应用价值。
通过实验，我们得到了大量的实验数据，并对其进行了详细的分析和比较。 结果表明，在自动寻北过程中，陀螺经纬仪能够快速准确地找到目标点，并且寻 北精度较高。当载体旋转角度在0-60度之间时，自动寻北精度达到±0.5度以内； 当旋转角度在60-90度之间时，自动寻北精度略有所下降，但也达到了±1度以内。 这些结果表明了陀螺经纬仪自动寻北关键技术在不同情况下的实际应用效果。
实验方法
为了验证陀螺经纬仪自动寻北关键技术的实际应用效果，我们设计了一项实 验。实验过程中，我们将陀螺经纬仪放置在一个已知目标点上，然后将其旋转至 不同角度，记录下每个角度下的自动寻北时间、寻北精度等信息。同时，我们还 采用了数据采集器和数据处理软件对实验数据进行实时采集和处理。
实验结果与分析
结论与展望
通过对陀螺经纬仪自动寻北关键技术的研究和实验验证，我们得出以下结论：
1、陀螺经纬仪自动寻北关键技术在不同情况下的寻北精度和稳定性均较高， 具有广泛的应用前景；
2、实验过程中，陀螺经纬仪表现出了快速的反应能力和高精度的测量性能， 证明了其在实际应用中的优越性；
3、尽管本次演示所研究的陀螺经纬仪自动寻北关键技术在实验中取得了较 好的效果，但仍存在一定的不足之处，如对外部环境的干扰适应性有待进一步提 高等。
光纤陀螺寻北方案研究和比较的开题报告
光纤陀螺寻北方案研究和比较的开题报告题目：光纤陀螺寻北方案研究和比较研究背景：现代导航需要高精度、高稳定性的指向性传感器对方位角进行测量，光纤陀螺作为一种新兴的高精度、高稳定性的惯性导航传感器，被广泛应用于航天、航海和军事等领域。
其中光纤陀螺通过利用光的干涉原理测量旋转角度，具有响应速度快、精度高、使用寿命长等优点，被认为是最先进、最有潜力的惯性传感器之一。
研究内容：本研究拟针对光纤陀螺寻北方案进行研究和比较，具体包括以下内容：1.光纤陀螺寻北原理研究：对光纤陀螺寻北的基本原理进行研究，分析其优缺点以及适用范围，为后续研究提供理论基础。
2.传统寻北方法研究：对传统的寻北方法进行研究，如罗盘寻北和星敏感器寻北等，探究其优劣和适用场景。
3.光纤陀螺寻北实验设计：通过实验方法，验证光纤陀螺寻北方案的可行性，考虑影响寻北精度的因素，如光路长度、加速度、温度等。
4.光纤陀螺寻北方案比较：对不同光纤陀螺寻北方案进行比较，包括基于角速度、基于角位移、基于Kalman滤波的光纤陀螺寻北方案等，分析其优缺点及适用范围。
研究意义：本研究重点关注光纤陀螺寻北方案的研究和比较，在光纤陀螺的发展和应用方向上具有一定的理论和实践价值。
除此之外，本研究还可以为未来光纤陀螺方向性传感器的研究和应用提供一定的参考和借鉴。
研究方法：1.文献资料法：通过查阅大量文献资料，对光纤陀螺寻北方案进行综合分析。
2.实验法：通过搭建实验平台，进行光纤陀螺寻北实验，并结合数据分析方法进行数据处理，验证方案的可行性。
3.比较法：通过对不同光纤陀螺寻北方案进行比较，找出优缺点，为后续研究提供有益的参考。
研究计划：时间安排：第1-2周：查阅相关文献资料，了解光纤陀螺寻北的基本原理。
第3-4周：对传统的寻北方法进行研究，包括罗盘寻北和星敏感器寻北等。
第5-6周：实验设计，确定光纤陀螺寻北方案的实验方案，搭建实验平台。
第7-8周：进行光纤陀螺寻北实验，并结合数据分析方法进行数据处理，验证方案的可行性。
陀螺经纬仪定向实习报告
一、实习目的本次实习旨在使学生了解陀螺经纬仪定向的基本原理、操作方法及注意事项，提高学生实际操作能力，掌握陀螺经纬仪定向技术在工程测量中的应用。
二、实习时间与地点实习时间：2023年11月15日实习地点：XX工程测量实验室三、实习内容1. 陀螺经纬仪基本原理陀螺经纬仪是一种利用陀螺罗盘和经纬仪相结合的测量仪器，它能在地球自转的作用下，使陀螺轴精确地指示出真北方向，并在经纬仪水平度盘上读出该方向读数。
陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点。
2. 陀螺经纬仪操作方法（1）仪器组装：将陀螺仪、经纬仪、三脚架等部件组装成完整的陀螺经纬仪。
（2）仪器安置：将陀螺经纬仪安置在测站上，确保仪器稳定。
（3）对中：调整三脚架，使仪器中心与测站点重合。
（4）整平：调整仪器，使仪器水平。
（5）瞄准：瞄准目标点，调整瞄准器，确保瞄准准确。
（6）读数：读取经纬仪水平度盘上的读数。
（7）记录：将观测数据记录在实习报告上。
3. 陀螺经纬仪定向实验（1）实验目的：通过实验，掌握陀螺经纬仪定向操作方法，验证定向精度。
（2）实验步骤：1）在测站上安置陀螺经纬仪，进行对中和整平。
2）瞄准目标点，读取经纬仪水平度盘上的读数。
3）重复步骤2，进行多组观测。
4）计算定向方位角，并与理论值进行比较。
（3）实验结果与分析：通过实验，我们得到了以下结果：1）定向方位角平均值为X°Y′Z″，与理论值X°Y′Z″基本一致。
2）定向精度满足工程要求。
四、实习体会1. 陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点，在工程测量中具有广泛的应用前景。
2. 通过本次实习，我们掌握了陀螺经纬仪定向操作方法，提高了实际操作能力。
3. 在实习过程中，我们应注重以下几点：（1）仪器组装要规范，确保仪器性能。
（2）对中和整平要精确，提高定向精度。
（3）瞄准要准确，避免误差。
（4）记录要完整，便于后续数据处理。
陀螺定向在矿山测量中的应用
陀螺定向在矿山测量中的应用摘要：为提高我矿定向测量的精度，提高工作效率，使用陀螺经纬仪定向取代几何定向测量是非常必要的，本文结合我矿实际情况，阐述了陀螺经纬仪在矿山测量中的应用。
关键词：矿山测量，陀螺经纬仪，定向测量一、引言：定向测量是矿山测量中的重要工作内容之一。
某矿是有着七十年产金的老矿山，现在有主竖进四条，盲井三条，均为竖井开拓，水平中段段高35-50米，定向测量工作十分繁重。
陀螺经纬仪是一种全天候，不依赖其他条件能够测定真北方位的物理定向仪器。
我矿自1995年开始使用陀螺经纬仪（徐州JT15）进行陀螺定向测量，先后在水平巷道贯通、任意水平巷道开凿，竖井联系测量及垂直贯通测量等重要定向测量工作中取得较好成果，并在定向观测方法，数据计算处理，定向观测程序等方面，进行了实验和研究，为矿山定向测量工作开创了新方向，迈出了新的步伐。
下面就陀螺定向在矿山测量中的应用和体会做一下介绍：二、陀螺定向实际应用情况1、在主要运输巷道贯通测量中的应用：我矿现投产主要坑口有二、三、四号坑口，出于探矿及安全考虑，矿部决定将主力坑口在二中段实行贯通，二号至三号坑口贯通距离500米，为早日实现贯通决定由两个坑口同时从东西相向施工，二号坑西部巷道全长1800米，因早期控制点没能保存好，整条巷道内仅剩余1700米处一个可靠控制点，如果按常规测量方法，需要联测到地面控制网或从一中段传递坐标下来，而且需要补测1700导线，这无形中给测量工作增加了很大的工作量并影响贯通时间，为解决这一问题，我们采用了先进的陀螺经纬仪进行了定向测量。
使用仪器：JT15定向时间：2001年11月10日定向精度：待定边坐标方位角中误差为±11.0秒实际贯通情况：贯通中心点位允许偏差为±0.5米，实际偏差为±0.15米，由此证明陀螺定向测量完全满足了贯通工程的要求，这也是我们首次对主要运输巷道施行陀螺定向贯通取得成功。
2、在任意水平开凿巷道的陀螺定向(1)水平中段调车场开凿时的陀螺定向由于我矿坑口多，又都是竖井开拓，水平中段就更多，目前，我矿四号坑主井已达十九中，二、三坑主井、盲井也累计十九个中段，水平中段调车场开凿时的定向测量，以往均为罗盘仪定向，其定向精度低且不说，有时受条件影响还会发生很大粗差，施工方向偏离设计方向较大，准确标定水平中段调车场的施工方向，一直是个难题，使用陀螺定向便很容易的解决了这一难题，采用粗定向法（两个逆转点法或四分之一周期法），测出近似真北方向，以此施工方向，是即快又准的好方法，观测时间20分钟即可完成。
陀螺经纬仪快速寻北的算法研究
陀螺经纬仪快速寻北的算法研究
为了提高陀螺经纬仪的寻北精度并缩短寻北过程,提出了一种基于PC的快速寻北算法系统.利用PC中VisualC++6.0便于访问数据库的特点,开发了一种独特算法--数据库查询法.实验表明,该方法简单,结果可靠,与1/4周期积分法寻北时间相同,精度却由25″提高至8″;与中天法、整周期积分法精度相同,寻北时间却由8分钟缩短为3分钟.该系统还集成了中天法、积分法和欠周期法等多种测量算法,提供了不同精度与寻北速度的选择,满足了不同场合的测量需求.。
摆式陀螺经纬仪粗寻北的新方法
摆式陀螺经纬仪粗寻北的新方法
田育民;刘思伟;白云超
【期刊名称】《中国惯性技术学报》
【年(卷),期】2009(17)4
【摘要】针对现有摆式陀螺经纬仪粗寻北方法存在的不足,提出利用检测陀螺力矩实现陀螺经纬仪粗寻北的新方法.推导了陀螺力矩对轴承的水平作用力与陀螺主轴方位角之间的数学公式,在地球自转角速度相对陀螺转子角速度非常小的情况下,对公式进行了简化和仿真运算.采用该方法改进了某型号陀螺经纬仪的粗寻北,实验表明在不影响陀螺经纬仪测量精度的前提下,简化了操作程序,缩短了测量时间.
【总页数】4页(P441-443,448)
【作者】田育民;刘思伟;白云超
【作者单位】西安测绘研究所,西安,710054;西安测绘研究所,西安,710054;西安测绘研究所,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】U666.1
【相关文献】
1.摆式陀螺经纬仪快速粗寻北的新方法 [J], 李帅;仲启媛;张黎;杨乐
2.基于智能陀螺经纬仪实现快速初寻北 [J], 冯莉;董桂梅;林玉池;张金梅;齐永岳
3.陀螺寻北仪粗寻北新方法——角加速度计算法 [J], 张黎;谭立龙;陈志翔;张翠
4.摆式陀螺寻北仪快速寻北的时差逆转点法 [J], 周召发;常振军;张志利
5.基于ARM7的光纤陀螺经纬仪寻北系统设计与实现 [J], 孙华;张文乾;张庆
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积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究
积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究本文以《积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究》为研究主题，详细探讨了陀螺仪在智能陀螺寻北系统中的应用情况和方法，论述了积分法在智能陀螺寻北系统中的优缺点。
陀螺仪是一种能够检测飞机姿态和角速度的传感器，是智能飞行控制系统的重要组成部分。
由于受环境外界因素的影响，陀螺仪信号比较复杂，常常出现抖动和扰动现象，因此必须采用适当的处理方法保证信号的稳定和准确性。
积分法是一种特殊的数字式数字滤波法，它可以有效的抑制高频的抖动和扰动，使信号更加稳定，同时又能提升信号的准确度。
因此，积分法在智能陀螺寻北系统中的应用就显得尤为重要。
积分法通过积分的方式，逐步地消除了信号中的抖动和扰动，有效地提高了系统的稳定性。
与其他滤波法相比，积分法具有一定的优势，其中尤以有效抑制抖动和扰动被广泛认可。
由此可见，积分法在智能陀螺寻北系统中的应用是十分有必要的，能够有效的增强系统的性能，同时也有助于降低陀螺仪的故障率。
然而，积分法在智能陀螺寻北系统中的应用也存在一些缺点。
首先，由于它消除了信号中的抖动和扰动，同时也会导致信号信噪比的下降；其次，积分法需要消耗一定的处理能力，从而影响系统的运行效率。
在实际应用中，当系统受到强烈的抖动和扰动时，采用积分法能够有效抑制这些抖动和扰动，并且可以提高系统的稳定性和准确性。
而当系统情况良好，受到的抖动和扰动较小时，积分法就不建议采用，以免影响系统的效率。
总之，积分法是一种比较有效的数据处理方法，在智能陀螺寻北系统的应用中有着重要的作用，能够有效地抑制陀螺仪信号中的抖动和扰动，从而提高系统的稳定性和准确性。
但是，由于它也会消耗一定的处理能力，在系统抖动和扰动较小时，不建议采用积分法，以免影响系统的效率。
因此，在使用积分法时需要合理地把握，以达到最佳的处理效果。
以上就是关于“积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究”的相关探讨和论述，期望对各位的研究有所帮助。
工程测量概论-孙现申21陀螺经纬仪及其寻北原理-2h
陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪发展
•陀螺经纬仪的发展方向是高精度、可靠、快速与轻便。
•在高精度定向方面,除了在数据处理中研究更精确的数学模 型外,更实质的问题是提高陀螺转子的稳定度和可靠性。
•定向速度的提高,可采用的措施是实现数据采集的自动化 (和高密度)以及数据处理的自动化,但更有效的途径是缩短 陀螺仪的进动周期。
TA0
cos
TA0 2π
H
M GE
摆式陀螺寻北原理
•摆式陀螺仪的运动方程
同理可得 与上式合并
0
( m ax
0 ) cos
2π TA
(t
t0 )
2
A
m
ax
0
0
2
1
子午面
A
max
西
水平面
摆式陀螺轴的进动轨迹
0
东
摆式陀螺仪寻北原理
内容回顾
陀螺仪基本特性
Mx
Jx
dx
dt
y H z
zH y
dH M dt
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪的基本特性 dH M 当M // H时， dt
dH M dt
也即
J d M
dt
刚体的转动规律
当M H 时，M不影响H的大小，而是改变其方向。
(ωP dt) H dH
ωP
H
dH dt
ωP H M
M HP J P
H dH
ωP
Pdt
dH
H
进动角速度ωP 之定义
)
d2
dt 2
HE
cos
sin
摆式陀螺寻北原理
•摆式陀螺仪的运动方程
使sin=
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地 理 北
所 以要根 据棱镜 法 线 与天 文 北 的夹 角 ， 整 转 台 的 调
安装 方位 ， 以保 证 惯性 仪 表 的 测试 准 确 度 。调整 过
程 要用两 台光 电准直 经纬仪 ， 台与棱镜 准直 后 ， 一 数 据 置零 ， 过与棱 镜法线 北 向夹角 同样 的角度 ， 而 转 从 确定 北 向。调整 第二 台经 纬 仪对 第 一 台 准直 后 ， 第 二 台经 纬仪转 动 ９ 。 ， ０ 角 确定 东 西 方 向 ， 调转 台的 微
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｓ ｇ ａ ｖ ｎ ｅ ｘ ｃ ｙ ｏ ｔ ｅ ｔｔ ｅ ｂ ｎ ｈ ｒ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｏ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｒ ｌｔ ｓｒ ｃ ｉ ｄ ａ ｃ ｄ ｅ ａ ｔｇ ｒ ｏ ｔ ｓ ｈ ｅ ｃ ｍａ ｋ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｃ ｌ ｍａｉ ｎ ｕ ｎ ｐ ａ— ｎ ｉ ｏ
２１ ０ １年 ４月
宇航 计 测技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔｏ ａ ｔｃ Ｍｅｒ ｌ ｇ ｎ ａ ｕ ｅ ｎｔ ｏ ｒ ａ ｆＡｓｒ ｎ ｕ ｉ ｔｏｏ ｙ ａ ｄ Ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ
Ａｐ ．， ｒ ２０１ ｌ Ｖｏ ． １ ３１． ． Ｎｏ ２
第３卷 １
第 ２期
文 章 编 号 ： ０ ０— ２ ２ ２ １ ）０ ０ ０ — ４ １ ０ ７ ０ （ ０ １ ２— ０ １ ０
ＹＵ Ｙｏ ｇ ｓ ｅ ｇ Ｚ ｎ －ｈ ｎ ＨＵ Ｂａ ＭＵ Ｚ ｏ ｇ ｂ － ｏ ｈ ｎ －ｏ － （ ｈ ｑ ｉｍ ｎ Ｒ ｓａｃ ｓ ｔｔ ｏ Ｌ Ｓ ｅｏ ｄＡ ｔｌｒ ， ｅ ｉｇ １ ０ ８ ） Ｔ ｅＥ ｕｐ ｅ ｔ ｅｅ ｒｈＩ ｔ ｕｅ ｆ Ａ’ ｃｎ ｒ ｌ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ５ Ｎ ｉ Ｐ Ｓ ｉｅ ｊ
陀螺 经纬 仪 的高准 确度 寻北 性 能和极 小 的对 准误 差
完成上 述基 准 高准 确度 检测 。
以要 多点转 换 引入 ， 常繁琐 ， 非 引入过 程将 产生 设备
误 差 和操作 误 差 。北 向基 准 测 量 引 入过 程 ， 需要 多 人 ， 到七 天才 能完 成 。棱镜 基 准误差 的实际 大小 ， 三 只能用 同一 方法 重 复验证 从 未用 其它 方法 验证 。
ｅ ｐ ａｎ ｄ．Ｔｈ ｔ ｏ ｎ ｅ ｈｎ ｃ ｌ ｅ ｕ ｓ ｆｔ ｓｉ ｇ ｐ ｉｍ ，ｔ ｒ ｐ ａ ｏ ｍ ｎ ｅ ｒｈ ｍａ ｋ ａ ｅ ｄ － ｘ ｌｉ ｅ ｅ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｃ ｉａ ｌ ｒ ｑ ｅ ｔ ｏ ｅ ｔ ｒｓ ｙ ｎ ｕ ｎ ｌｔ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｒ ｒ ｅ ｆ ｓ ｒｂ ｄ． ｃｉｅ Ｋｅ ｒ Ｇｙｏ ｃ ｐ ｃ ｔ ｏ ｏ ｉ Ｂｅ ｈ ｒ ｆｎ ｒｈ ｄ ｒ ａ ｔｏ Ｃｈ ｃ ｏ ｔ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒ ｓ ｏ ｉ ｈｅ ｄ ｌ ｅ ｔ ｎｃ ｍａ ｋ ｏ ｏ ｔ ｉｅ ｃｉ ｎ ｅ ｋ ｕ
向夹角 是 由在 夜 间通 过 天 文 测 量 、 算 、 准 后 ， 计 校 由 室 外通 过光 学设 备 引 人 库 内棱镜 上 ， 而 确定 棱 镜 从
法 线 与天 文北 向的夹角 。因洞库 较深 ， 处转 弯 ， 多 所
仪表测 试 准确 度 、 程 建设 方 位 准 确 度 。通 过 使 用 工
１ 引 言
北 向基准包 括棱 镜 方位 角 、 标 方位 角 ， 台的 地 转 安装北 向等 ， 些基 准 的北 向误 差 ， 严 重影 响惯 性 这 将
标定的 ， 瞄准棱 镜一 般 安装 于洞 库专 用房 间 ， 于 提 用 供 北 向基 准 。棱镜 安 装 稳 定 后 ， 镜 法 线 与 天文 北 棱
作者简 介： 于永胜 （９ ３一）， ， １６ 男 高级工程师 ， 主要研究方 向： 装备维修检 测。
・
２・
宇航 计 测技 术
的影 响 ， 要求转 台的特定轴 在零位 时处 于东 西方 向。
陀螺 寻北 仪 是 高端 精 密仪 器 ， 保证 陀 螺仪 定 为 向准确 度 ， 进行精 密 测量 时 ， 在 寻北 测量过 程操作 要
ｆ ｒ ａ ｏ ｉｅ ｔｏ ｓｍ ａ ｅ Ｔｈ ｒｎｃｐ ｕ ｏ ｈｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｉｅ ｔｏ ｎ ｈ ｅｈｏ ｆｕ ｉ ｇ ａ ｅ ｏ ｍ ｔｎ ａｈ ｄｒ ｃｉｎ ｉ ｄ ． ｅ ｐ ｉ ｉ ｉ ｍ ｆｔ ｅ ｈ ｎ ａｈ ｄ ｒ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｍ ｔ ｄ ｏ ｓｎ ｒ ｒ
经 纬 仪 寻 北 原 理 、 用 方 法 的基 础 上 ， 述 了棱 镜 、 台 、 标 等 检 测 方 法 和 技 术 要 求 。 使 描 转 地
关键 词 陀螺经纬仪 北向基准 检测
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐ ｙ ｎ ｒ ｏ ｔ ｅ Ｔｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｆ Ａｐ ｌ ｉ ｇ Ｇｙ ｏ ｔ ｈ ｓ ｏ ｎ ｈ ａ ｋ ａ ｏ ｔ ｒ ｃｉ ｎ ｆＢｅ ｃ ｍ ｒ ｔ Ｍ ｒ ｈ Ｄｉ ｅ ｔｏ
ห้องสมุดไป่ตู้２ 北 向基 准 设 备现 状 分 析
北 向基 准 ， 以基 准棱 镜 、 面镜 和地 标 的形式 是 平
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ０—１ 修 回 日期 ：０ ０—１ —２ ９， ２１ １ １
惯 性 仪 表 测试 转 台的 安装 ， 为精 确 测 量 惯性 精
密 仪表 的分 离 系数 ， 少 地 球 自转 对 测试 分离 系 数 减
中 图分 类 号 ： Ｈ １ Ｔ ７２
文献标识码 ： Ａ
陀 螺 经 纬 仪 在 北 向基 准 检 测 中 的应 用 研 究
于 永 胜 朱 宝 穆 忠 波
（ 第二 炮兵 装备 研 究 院 ， 京 １ ０ ８ ） 北 ００５
摘 要 利用高端精密仪表——陀螺经纬仪， 确定与检测棱镜、 转台、 地标北向基准准确度。在说明了陀螺