四位陀螺罗盘译文.docVIP

摘译说明： 这里介绍一种高精度陀螺寻北仪。它的寻北精度不仅是当今世界上精度最高的（1）而且具有绝对寻北功能，即其仪器常数为0。 多位速率测量的陀螺罗盘 NAECON-1968(院图书馆73。8083－N－77) 作者TRW公司系统组 摘要 由于新的高精度陀螺的出现，增加了利用陀螺测量地球自传角速率实现测定天文北的可能性。新的速率陀螺已经可以满足高精度方位测量的要求。虽然陀螺罗盘的性能取决于陀螺的性能，但是按照某种顺序多次改变陀螺测量轴的取向可以消除或者平均掉陀螺的多项漂移以使陀螺误差的影响减小。下面说明陀螺罗盘的精度与测量过程中陀螺的各种姿态之间的关系，给出几种常用的测量方式和误差模型。重点说明了其中一种形式以及试验结果。 引言 方位基准通常有如下三种 1磁罗盘 一种磁传感器，例如磁通阀； 2方向陀螺 最初对准某个方位然后“记住”这个方位； 3陀螺罗盘 通过测量地球自传角速率测定北向。陀螺罗盘又分两种，摆式陀螺罗盘，依靠陀螺转子轴的进动寻北和速率测量陀螺罗盘，测量地速分量，计算测量轴的偏北角。速率测量陀螺罗盘是本文的主题。 这里介绍的陀螺罗盘与其他的方位基准完全不同，应该承认其复杂性，因此只适合哪些要求寻北精度数量级高于其他方位基准的应用场合。实际上这是指哪些至今尚未应用过陀螺基准的场合。例如考虑将其应用于大地测量。这种陀螺罗盘具有测量独立基线的能力，解决因标石不稳定性带来的问题，尤其是原始测量已过多年或者土地稳定性有问题的地方。大地测量中要求的精度通常高于5，这对陀螺的性能提出了苛刻的要求。 要消除陀螺误差中与g有关的漂移和磁场干扰，在寻北测量时至少需要使陀螺敏感轴在四个方向上变换取向。为了获得最好的精度，需要在使用之前进行校准，以尽可能减少随时间变化的漂移分量。此问题的另一个解决方法是把漂移的检测与方位取向结合起来，即在连续取向过程中完成地速测量，以便检测或者平均掉这种特殊的误差项。四位陀螺罗盘测量过程选择的特定机械编排正是出于上述目的。四位陀螺罗盘的一个应用范例是为惯性仪表实验室或者弹道导弹地下井测定基准方位。这种基准已经建立了几个，比其他方法经济得多，尤其是在难以得到天体基准的场合更是如此。 在要求较低精度的场合，需要权衡的是，选择一种低精度陀螺还是选择一种只消除了部分误差的更为简单的机械编排（例如只采用二位寻北测量而不是四位）。无论选择何种机械编排，陀螺总是成本较大的一项，所以在不同的机械编排使用同一种陀螺就经济得多。具体地说，四位陀螺罗盘具有大地测量的精度，而用于火炮瞄准，二位寻北测量就足够了。这里所说的瞄准是指确定火炮（或者导弹发射架）的发射方向而不是指校正炮管的膛线。寻北精度取决于武器系统的战术技术指标要求，但是通常要比大地测量精度低一个数量级。实际上，炮膛瞄准或者一些测量设备轴线与相应的火力武器轴线之间的对准问题有时也可以利用陀螺罗盘解决，例如声纳轴线与鱼雷发射管的轴线之间（不能通视）的相对角度是通过测定各自与北向的夹角进行调整。对于大多数车载系统，寻北精度通常比大地测量低两个数量级。 系统的机械编排 表1 陀螺常值漂移 沿陀螺输出轴和转子轴的质量不平衡灵敏度（与g有关的漂移系数） 沿陀螺输出轴和转子轴的重力加速度 沿陀螺输入轴，输出轴和转子轴的磁灵敏度 沿陀螺输入轴，输出轴和转子轴的磁干扰 下面推导TRW四位陀螺罗盘采用的机械编排的误差模型，并且给出剩余误差项。虽然从原理上讲，与其他机械编排没有什么区别，但是具体结构差别很大。 分析指出，二位寻北测量不可能消除（分离）所有误差项，。。。。。双轴转台的机械结构误差将在四位寻北机械编排中分析。表1中的各种误差并非在各编排中都出现。 二位寻北 这里讨论四种二位寻北编排方式，表2列出了每种二位寻北编排方式的状态。 译注：四种方式中的第一位的输入轴总是在东向，而第二位转到西向！不能绕输入轴转动！ 编排方式 位 置 1 位 置 2 输出轴OA 转子轴SA 输入轴IA 输出轴OA 转子轴SA 输入轴IA 1 （绕转子翻转） 下 北 东 上 北 西 2 （绕输出轴转动） 北 上 东 北 下 西 3 （绕输出轴转动） 下 北 东 下 南 西（翻转） 4 （绕转子翻转） 北 上 东 南（翻转） 上 西 框架误差和转动的对准误差，对于寻北误差的影响是按表1中的形式1推导的。至于其他形式的寻北误差被归纳在表4中。对于形式1，沿陀螺输入轴的速率，理论值为，其中为地球自传角速率，为纬度，为陀螺罗盘翻转轴的偏北角，也即待测角。在忽略误差的条件下有： 在考虑到陀螺罗盘各轴与理