一种基于天文方位角陀螺经纬仪测量装置

1 引 言

    陀螺定向经纬仪（以下简称陀螺经纬仪）是陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器。陀螺经纬仪与陀螺罗盘的作用原理一样，能在陀螺灵敏部本身的重力和地球自转力的共同作用下，使陀螺轴精确地指示真北方向，并在经纬仪水平度盘上读出该方向读数。因此，陀螺经纬仪可以精确地测定地面隐蔽地区和井下巷道的地理方位角，然后加入子午线收敛角即可求出实用的坐标方位角。

    陀螺经纬仪从结构上大体分为两类：一类是将陀螺仪架在经纬仪或全站仪上面，称为上架式陀螺经纬仪；另一类是将陀螺仪安装在经纬仪或全站仪下部，称为下挂式陀螺经纬仪。按照定向精度一次定向中误差指标可分为三级：高精度在±5″以内；中等精度在±5″～±30″之间；低精度大于±30″。

    陀螺经纬仪不受气候条件的限制，也不受地磁的影响，可以根据需要测定任意目标的方位，定向时间短，在地铁、隧道、矿山、地下工程等隐蔽工程和军事武器系统定向中有着广泛应用前景。

    规范陀螺经纬仪的量值溯源、检定校准是一个非常重要的问题。该文通过对一种基于天文方位角的陀螺经纬仪一次定向中误差测量装置的介绍，希望对相关仪器检验部门和计量技术机构在陀螺经纬仪量值溯源、检定校准的工作方面有所帮助。

2 陀螺经纬仪测量装置

2.1 测量装置的结构简介

    整套装置分为室内和室外两部分，其中室内部分包括仪器安置台和平行光管，室外部分为天文观测墩，其结构如图 1 示，图中真北夹角 α 由天文观测得到。天文方位角观测墩设置于房屋北向窗户外能观测到北极星的位置，室内南向适当距离设置平行光管台。陀螺仪安置台设于室内适当地方，原则上置于观测墩与平行光管的连线上以方便仪器进行观测，且具有一定升降范围以方便陀螺经纬仪安装调节。在未安置被检陀螺经纬仪时，安置台的高度不影响观测墩与平行光管之间的通视。保存平行光管的建筑物（即图 1 所指房间）在天文观测墩和平行光管通视的方向上要安装大小合适的窗户或门，以保证进行天文方位角观测时能够通视，无障碍物。平行光管台设置于室内，便于平行光管上的参数保存及后续测量的环境控制。平行光管视准轴应与子午线基本保持一致，以使平行光管视准轴上不同距离有相同的方位。

2.2 天文方位角的观测

    天文测量主要作业依据 GB/T 17943-2000《大地天文测量规范》，天文方位角按一等要求观测，测定精度不低于±0.5″，测天文方位角所使用的经纬度按三等要求观测，测定精度不低于经度±0.08″ 和纬度±1.0″。观测恒星坐标采用 FK5 系统；极移坐标系采用JYD1968.0系统，极移改正时采用我国《地球自转参数公报》中所载的极坐标改正数进行改正；时间系统采用相对于YD1968.0 系统的世界时 UT1 系统，其时号改正时采用我国《地球自转参数公报》中所载的改正数进行改正。天文方位角与陀螺经纬仪所测瞬时极方位角的换算公式如下：