專利名稱：一種利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地球物理、大地測(cè)量學(xué)、慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)定緯度的 方法，特別是一種利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于航空、航天、全 球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、深空探測(cè)研究等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地球本身由于其內(nèi)部物質(zhì)流分布的不均勻造成其緯度不停的發(fā)生著微小的變化， 而緯度的變化也引起了每日日長的變化，因此，準(zhǔn)確地測(cè)量緯度的變化對(duì)于航空、航天、地 球物理學(xué)的研究都有著重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。自20世紀(jì)70年代以來，人們采用多種觀測(cè)技術(shù)對(duì)緯度進(jìn)行測(cè)量，如VLBI技術(shù)、 SLR技術(shù)以及GPS技術(shù)等，而這些技術(shù)大多需要大范圍的地空聯(lián)測(cè)，所需的設(shè)備造價(jià)昂貴， 且獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)的周期較長，數(shù)據(jù)后處理過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前采用的測(cè)量緯度技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種利用 擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法，本發(fā)明的方法簡單易行，不需要大范圍的地空聯(lián)測(cè)，可以獨(dú)立 進(jìn)行緯度測(cè)量，且后期數(shù)據(jù)處理速度較快，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)緯度的變化。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案
一種利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法，采用擺式陀螺儀對(duì)緯度進(jìn)行測(cè)定，具體包括以 下步驟
步驟一，將擺式陀螺儀安置于某測(cè)站點(diǎn)；
擺式陀螺儀包括外部殼體、懸掛帶、陀螺馬達(dá)房、陀螺馬達(dá)、陀螺旋轉(zhuǎn)軸；所述懸掛帶的 上端與外部殼體內(nèi)部正上方中心相連，懸掛帶的下端與所述陀螺馬達(dá)房相連，該陀螺馬達(dá) 房通過懸掛帶懸掛于外部殼體的內(nèi)部，陀螺馬達(dá)房內(nèi)置所述陀螺馬達(dá)，該陀螺馬達(dá)通過陀 螺馬達(dá)軸與陀螺馬達(dá)房相連；所述外部殼體上設(shè)有北向標(biāo)識(shí)，所述北向標(biāo)識(shí)的標(biāo)示方向?yàn)?所述陀螺旋轉(zhuǎn)軸所指的正向方向，即陀螺高速旋轉(zhuǎn)時(shí)角動(dòng)量的方向；
所述的擺式陀螺儀還包括外部殼體內(nèi)部的第一光電傳感器、第一計(jì)數(shù)器、第一反射鏡、 第二反射鏡、計(jì)時(shí)器、第二計(jì)數(shù)器、第二光電傳感器；所述計(jì)時(shí)器位于陀螺馬達(dá)房的正下方， 所述第一反射鏡和第二反射鏡安裝在所述陀螺馬達(dá)房外部左右兩端的對(duì)稱位置，所述第一 光電傳感器與第二光電傳感器對(duì)稱安置于外部殼體下方的內(nèi)壁上，所述第一反射鏡的反射 面與所述第一光電傳感器的發(fā)射/接收表面正對(duì)，所述第二反射鏡的反射面與所述第二光 電傳感器的發(fā)射/接收表面正對(duì)；第一光電傳感器與第二光電傳感器分別連接到計(jì)時(shí)器； 所述第一光電傳感器下方連接有第一計(jì)數(shù)器，所述第一計(jì)數(shù)器的輸出端連接到計(jì)時(shí)器，該 第一計(jì)數(shù)器用于記錄第一光電傳感器的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器；第二光電傳感器 下方連接有第二計(jì)數(shù)器，所述第二計(jì)數(shù)器的輸出端連接到計(jì)時(shí)器，該第二計(jì)數(shù)器用于記錄 第二光電傳感器的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器；外部殼體上設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸口，所述計(jì)時(shí)器通過所述數(shù)據(jù)傳輸口與外部計(jì)算機(jī)連接通信。步驟二，測(cè)量擺式陀螺儀的擺動(dòng)周期r ；
步驟三，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的陀螺擺動(dòng)周期r，利用公式1計(jì)算測(cè)站點(diǎn)的地理緯度
(公式 l)
其中，H為陀螺S勺角動(dòng)fi，G為陀螺M敏部受到S勺M力，/為陀螺M敏部M心到i
點(diǎn)的距離，為地球自轉(zhuǎn)角速度，巧二 27r/24h = 0.0CKKP25弧麥丨秒，伊為測(cè) 站點(diǎn)地理緯度。本發(fā)明的理論根據(jù)如下
高速旋轉(zhuǎn)的陀螺由于受到地球自轉(zhuǎn)因素的影響，會(huì)使陀螺旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生在子午線方向左 右擺動(dòng)的效應(yīng)，陀螺旋轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)周期r為
公式 3)
其中，ff為陀螺的角動(dòng)量，G為陀螺靈敏部受到的重力，/為靈敏部重心到懸掛點(diǎn)的 距離，為地球自轉(zhuǎn)角速度，爐為測(cè)站點(diǎn)地理緯度。其中，陀螺的角動(dòng)量i5f，陀螺靈敏部受 到的重力ff以及陀螺靈敏部重心到懸掛點(diǎn)的距離I的值在陀螺儀出廠時(shí)已經(jīng)作為已知參量 確定。上述懸掛點(diǎn)是指懸掛帶與外部殼體所連接的點(diǎn)，陀螺靈敏部包括懸掛帶、陀螺馬 達(dá)房、陀螺馬達(dá)、第一反射鏡、第二反射鏡。由公式3可得到測(cè)站點(diǎn)地理維度爐
(公式1)
其中，“e為地球自轉(zhuǎn)角速度，為已知；= 2萬/24/ = 0,0丨 陀螺擺動(dòng)周期:r通過高精度的測(cè)時(shí)設(shè)備精確獲取。


圖1是本發(fā)明所使用的擺式陀螺儀的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明,
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的利用擺式陀螺儀測(cè)定地球維度的方法，具體包括以下步驟 步驟一，將擺式陀螺儀安置于某測(cè)站點(diǎn)；
如圖1所示，擺式陀螺儀包括外部殼體2、懸掛帶3、陀螺馬達(dá)房4、陀螺馬達(dá)5、陀螺旋 轉(zhuǎn)軸14 ；所述懸掛帶3的上端與外部殼體2內(nèi)部正上方中心相連，懸掛帶3的下端與所述 陀螺馬達(dá)房4相連，該陀螺馬達(dá)房4通過懸掛帶3懸掛于外部殼體2的內(nèi)部，陀螺馬達(dá)房4 內(nèi)置所述陀螺馬達(dá)5，該陀螺馬達(dá)5通過陀螺馬達(dá)軸14與陀螺馬達(dá)房4相連；所述外部殼 體2上設(shè)有北向標(biāo)識(shí)1，所述北向標(biāo)識(shí)1的標(biāo)示方向?yàn)樗鐾勇菪D(zhuǎn)軸14所指的正向方向， 即陀螺高速旋轉(zhuǎn)時(shí)角動(dòng)量的方向；
所述的擺式陀螺儀還包括外部殼體2內(nèi)部的第一光電傳感器6、第一計(jì)數(shù)器7、第一反 射鏡8、第二反射鏡9、計(jì)時(shí)器10、第二計(jì)數(shù)器11、第二光電傳感器12 ；所述計(jì)時(shí)器10位于 陀螺馬達(dá)房4的正下方，所述第一反射鏡8和第二反射鏡9安裝在所述陀螺馬達(dá)房4外部 左右兩端的對(duì)稱位置，所述第一光電傳感器6與第二光電傳感器12對(duì)稱安置于外部殼體2 下方的內(nèi)壁上，所述第一反射鏡8的反射面與所述第一光電傳感器6的發(fā)射/接收表面正 對(duì)，所述第二反射鏡9的反射面與所述第二光電傳感器12的發(fā)射/接收表面正對(duì)；第一光 電傳感器6與第二光電傳感器12分別連接到計(jì)時(shí)器10 ；所述第一光電傳感器6下方連接 有第一計(jì)數(shù)器7，所述第一計(jì)數(shù)器7的輸出端連接到計(jì)時(shí)器10，該第一計(jì)數(shù)器7用于記錄第 一光電傳感器6的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器10 ；第二光電傳感器12下方連接有第 二計(jì)數(shù)器11，所述第二計(jì)數(shù)器11的輸出端連接到計(jì)時(shí)器10，該第二計(jì)數(shù)器11用于記錄第 二光電傳感器12的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器10 ；外部殼體2上設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸口 13，所述計(jì)時(shí)器10通過所述數(shù)據(jù)傳輸口 13與外部計(jì)算機(jī)連接通信。步驟二，測(cè)量擺式陀螺儀的擺動(dòng)周期r，具體步驟如下
1)使擺式陀螺儀的北向標(biāo)識(shí)1指向北方向，偏差不超過5度；
2)啟動(dòng)陀螺馬達(dá)5，待陀螺馬達(dá)5達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，第一光電傳感器6向第一反射鏡8 發(fā)射光速，第二光電傳感器12向第二反射鏡9發(fā)射光速；
3)當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?第一次接收到第一反射鏡8的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器7記下數(shù) 字1 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?2第一次接收到第二反射鏡9的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器11記下數(shù)
字1 ；計(jì)時(shí)器10分別記錄第一計(jì)數(shù)器7、第二計(jì)數(shù)器11記下數(shù)字1的計(jì)數(shù)時(shí)刻、tm ；
4)隨著陀螺旋轉(zhuǎn)軸14在子午線方向左右擺動(dòng)，當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?第二次接收到第一 反射鏡8的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器7記下數(shù)字2 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?2第二次接收到第二 反射鏡9的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器11記下數(shù)字2 ；
5)當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?第三次接收到第一反射鏡8的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器7記下數(shù) 字3 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?2第三次接收到第二反射鏡9的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器11記下數(shù)
字3 ；計(jì)時(shí)器10分別記錄第一計(jì)數(shù)器7、第二計(jì)數(shù)器11記下數(shù)字3的計(jì)數(shù)時(shí)刻、tm ；
6)將計(jì)時(shí)器10記錄的時(shí)刻^a、tm、tA3、，通過數(shù)據(jù)傳輸口13傳輸給外部計(jì)算 機(jī)，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)公式2計(jì)算陀螺擺動(dòng)周期r
(公式 2);
步驟二，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的陀螺擺動(dòng)周期r，利用公式1計(jì)算測(cè)站點(diǎn)的地理緯度
(公式1)
其中，jy為陀螺的角動(dòng)量G b陀螺靈敏部受到的重力，/為陀螺靈敏部重心到懸掛 點(diǎn)的距離，為地球自轉(zhuǎn)角速度，= 2,T/24h = 0.000072.5弧麥/秒，爐為測(cè)
站點(diǎn)地理緯度。陀螺的角動(dòng)量ff,陀螺靈敏部受到的重力G以及陀螺靈敏部重心到懸掛點(diǎn) 的距離I的值在陀螺儀出廠時(shí)已經(jīng)作為已知參量確定。 上述懸掛點(diǎn)是指懸掛帶與外部殼體所連接的點(diǎn)，陀螺靈敏部包括懸掛帶、陀螺馬 達(dá)房、陀螺馬達(dá)、第一反射鏡、第二反射鏡。
權(quán)利要求
一種利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法，其特征在于，采用擺式陀螺儀對(duì)緯度進(jìn)行測(cè)定，具體包括以下步驟步驟一，將擺式陀螺儀安置于某測(cè)站點(diǎn)；擺式陀螺儀包括外部殼體(2)、懸掛帶(3)、陀螺馬達(dá)房(4)、陀螺馬達(dá)(5)、陀螺旋轉(zhuǎn)軸(14)；所述懸掛帶(3)的上端與外部殼體(2)內(nèi)部正上方中心相連，懸掛帶(3)的下端與所述陀螺馬達(dá)房(4)相連，該陀螺馬達(dá)房(4)通過懸掛帶(3)懸掛于外部殼體(2)的內(nèi)部，陀螺馬達(dá)房(4)內(nèi)置所述陀螺馬達(dá)(5)，該陀螺馬達(dá)(5)通過陀螺馬達(dá)軸(14)與陀螺馬達(dá)房(4)相連；所述外部殼體(2)上設(shè)有北向標(biāo)識(shí)(1)，所述北向標(biāo)識(shí)(1)的標(biāo)示方向?yàn)樗鐾勇菪D(zhuǎn)軸(14)所指的正向方向,即陀螺高速旋轉(zhuǎn)時(shí)角動(dòng)量的方向；所述的擺式陀螺儀還包括外部殼體(2)內(nèi)部的第一光電傳感器(6)、第一計(jì)數(shù)器(7)、第一反射鏡(8)、第二反射鏡(9)、計(jì)時(shí)器(10)、第二計(jì)數(shù)器(11)、第二光電傳感器(12)；所述計(jì)時(shí)器(10)位于陀螺馬達(dá)房(4)的正下方，所述第一反射鏡(8)和第二反射鏡(9)安裝在所述陀螺馬達(dá)房(4)外部左右兩端的對(duì)稱位置，所述第一光電傳感器(6)與第二光電傳感器(12)對(duì)稱安置于外部殼體(2)下方的內(nèi)壁上，所述第一反射鏡(8)的反射面與所述第一光電傳感器(6)的發(fā)射/接收表面正對(duì)，所述第二反射鏡(9)的反射面與所述第二光電傳感器(12)的發(fā)射/接收表面正對(duì)；第一光電傳感器(6)與第二光電傳感器(12)分別連接到計(jì)時(shí)器(10)；所述第一光電傳感器(6)下方連接有第一計(jì)數(shù)器(7)，所述第一計(jì)數(shù)器(7)的輸出端連接到計(jì)時(shí)器(10)，該第一計(jì)數(shù)器(7)用于記錄第一光電傳感器(6)的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器(10)；第二光電傳感器(12)下方連接有第二計(jì)數(shù)器(11)，所述第二計(jì)數(shù)器(11)的輸出端連接到計(jì)時(shí)器(10)，該第二計(jì)數(shù)器(11)用于記錄第二光電傳感器(12)的感應(yīng)次數(shù)并將信號(hào)傳遞給計(jì)時(shí)器(10)；外部殼體(2)上設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸口(13)，所述計(jì)時(shí)器(10)通過所述數(shù)據(jù)傳輸口(13)與外部計(jì)算機(jī)連接通信。步驟二，測(cè)量擺式陀螺儀的擺動(dòng)周期 ；步驟三，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的陀螺擺動(dòng)周期，利用公式1計(jì)算測(cè)站點(diǎn)的地理緯度 (公式1)其中，為陀螺的角動(dòng)量，為陀螺靈敏部受到的重力，為陀螺靈敏部重心到懸掛點(diǎn)的距離，ωe為地球自轉(zhuǎn)角速度，，為測(cè)站點(diǎn)地理緯度。 re-923794dest_path_image001.jpg,re-716301dest_path_image001.jpg,re-932256dest_path_image002.jpg,re-265148dest_path_image003.jpg,re-17204dest_path_image004.jpg,re-777349dest_path_image005.jpg,re-480601dest_path_image006.jpg,re-617184dest_path_image007.jpg,re-223746dest_path_image008.jpg
2.如權(quán)利要求1所述的利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度方法，其特征在于，所述的測(cè)量擺式 陀螺儀的擺動(dòng)周期I*具體包括以下步驟1)使擺式陀螺儀的北向標(biāo)識(shí)(1)指向北方向，偏差不超過5度；2)啟動(dòng)陀螺馬達(dá)(5)，待陀螺馬達(dá)(5)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速24000轉(zhuǎn)/分鐘后，第一光電傳感 器(6)向第一反射鏡(8)發(fā)射光速，第二光電傳感器(12)向第二反射鏡(9)發(fā)射光速；3)當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?6)第一次接收到第一反射鏡(8)的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器(7)(公式2)。記下數(shù)字1 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?12)第一次接收到第二反射鏡(9)的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器 (11)記下數(shù)字1 ；計(jì)時(shí)器(10)分別記錄第一計(jì)數(shù)器(7)、第二計(jì)數(shù)器(11)記下數(shù)字1的計(jì)數(shù)時(shí)刻tA1,tB1;4)隨著陀螺旋轉(zhuǎn)軸(14)在子午線方向左右擺動(dòng)，當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?6)第二次接收到 第一反射鏡(8)的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器(7)記下數(shù)字2 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?12)第二次接 收到第二反射鏡(9)的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器(11)記下數(shù)字2 ；5)當(dāng)?shù)谝还怆妭鞲衅?6)第三次接收到第一反射鏡(8)的反射光時(shí)，第一計(jì)數(shù)器(7) 記下數(shù)字3 ；當(dāng)?shù)诙怆妭鞲衅?12)第三次接收到第二反射鏡(9)的反射光時(shí)，第二計(jì)數(shù)器 (11)記下數(shù)字3 ；計(jì)時(shí)器(10)分別記錄第一計(jì)數(shù)器(7)、第二計(jì)數(shù)器(11)記下數(shù)字3的計(jì)數(shù)時(shí)刻tA3 tB3; 6)將計(jì)時(shí)器(10)記錄的時(shí)刻tA1，tB1，tA3 tB3通過數(shù)據(jù)傳輸口(13)傳輸給外部計(jì) 算機(jī)，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)公式2計(jì)算陀螺擺動(dòng)周期r
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用擺式陀螺儀測(cè)定緯度的方法，具體包括以下步驟步驟一，將擺式陀螺儀安置于某測(cè)站點(diǎn)；步驟二，測(cè)量擺式陀螺儀的擺動(dòng)周期；步驟三，外部計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的陀螺擺動(dòng)周期，計(jì)算測(cè)站點(diǎn)的地理緯度。本發(fā)明的方法簡單易行，不需要大范圍的地空聯(lián)測(cè)，可以獨(dú)立進(jìn)行緯度的測(cè)量，且后期數(shù)據(jù)處理速度較快，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)緯度的變化。
文檔編號(hào)G01C1/00GK101852606SQ20101021582
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者姜?jiǎng)? 楊志強(qiáng), 王騰軍, 石震 申請(qǐng)人:長安大學(xué)