全自动陀螺经纬仪寻北技术研究

　　1 引 言

　　陀螺寻北技术是一种完全自主式的定向技术，以其机动、自主与高精度而广泛应用于军事瞄准定位、舰船制造、矿山开采、石油钻探等工程测量及地下施工定向等领域。国内外关于寻北技术的研究基本朝 2 个方向进行：一是以机械陀螺为代表的传统技术，主要是以陀螺寻北仪研究为核心，与陀螺理论、传感技术、控制技术、计算机与信息处理技术相结合，进一步缩短寻北时间，提高精度，提高数字化、自动化水平，即全自动陀螺寻北技术;二是开发研究新原理陀螺及基于新理论的寻北方案，如光学陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺、微机械振动陀螺、静电陀螺、压电陀螺等[1-2]。

　　机械陀螺方面，典型产品有陀螺经纬仪，但传统的陀螺经纬仪寻北时大多采用人工测量，测量速度慢，劳动强度大，自动化程度低，已无法满足现代应用的需求，而新式全自动陀螺经纬仪被发达国家所垄断。本文将传统的光学机械陀螺经纬仪与现代传感技术、现代数字信号处理技术及自动控制技术相结合，研究陀螺经纬仪数字化及自动化关键技术，以实现全自动智能陀螺经纬仪的国产化。下面介绍全自动陀螺经纬仪关键技术几个方面进行研究实验的情况。

　　2 陀螺经纬仪全自动寻北

　　传统的陀螺经纬仪均采用目视测量。在目视测量过程中，测量人员参加的操作主要包括“粗寻北”和“精寻北”两部分。“粗寻北”的目的是将仪器照准部置于“真北”方向±30′以内，通常采用“跟踪逆转点法”，首先手动下放陀螺灵敏部，观测光标，然后旋转陀螺经纬仪使光标始终位于分划板的中央位置，根据逆转点位置(由经纬仪指示)计算“粗北”方向。“精寻北”通常采用“中天法”，即手动下放陀螺灵敏部后，观测光标在分划板上的逆转点位置并记录中天时间，最后依据公式计算“真北”方向。实现陀螺经纬仪全自动寻北，需保证陀螺经纬仪的自动粗寻北、陀螺运转控制、陀螺灵敏部自动下放、陀螺精寻北、陀螺轴位置的自动采集和处理、陀螺灵敏部自动收起等。下面就其中的信号自动采集处理、粗寻北、陀螺灵敏部自动升降和相关控制模块作简单介绍。

　　3 自动寻北的控制

　　自动寻北控制系统各部分相互关系如图 1 所示。

    　3.1 光标信号自动采集模块

　　将准直后的狭缝光斑亮带投射到置于陀螺灵敏部外壁的反射镜，其反射光经光学系统成像在 CCD 传感器的受光面。将亮带光斑在 CCD 受光面上所成的像称为光标，那么光标的摆动情况代表了陀螺灵敏部的运动状态。