某平苟子也不知道谁告诉他的,说放在地面的陀螺仪,将维持转轴方向不变,不随地球自转而偏转。事实是利用陀螺仪检测地球自转,以实现寻北功能的仪器早已广泛应用。平苟子没听说过,还傻副呵呵地说瞎话呢,以为别人也跟他一样儍。
激光陀螺寻北仪利用地球自转角速度在陀螺敏感轴方向上的分量变化规律确定真北方向,其原理基于萨格纳克效应和角速度测量。以下是核心原理与步骤:
萨格纳克效应激光在环形光路中顺时针和逆时针传播时,若光路绕垂直于环平面的轴旋转,两束光会产生光程差,通过检测相位差或频率差可计算旋转角速度。
角速度与真北方向的关系地球自转角速度为 ω₀,当激光陀螺敏感轴与水平面夹角为 θ 时,其输出角速度 ω=ω₀・cosθ・cosα(α 为敏感轴与真北方向的夹角)。通过改变敏感轴方向并记录多个位置的输出值,可建立方程求解 α。
寻北步骤
将陀螺安装在可旋转平台上,敏感轴平行于水平面。
测量初始位置输出值 ω₁,旋转平台 90° 后测 ω₂,重复两次得到 ω₃、ω₄。
建立方程组:ω₁ = ω₀·cosθ·cosαω₂ = ω₀·cosθ·cos(α+90°)ω₃ = ω₀·cosθ·cos(α+180°)ω₄ = ω₀·cosθ·cos(α+270°)
解算得到 α,从而确定真北方向。
关键技术
误差补偿:通过数据处理算法(如卡尔曼滤波)和温度控制,减少标度因素误差、环境干扰等影响。
信号处理:利用 FPGA 实现实时信号采集与处理,提高测量精度。
总结:激光陀螺寻北通过测量地球自转分量在不同方位的角速度变化,结合几何关系解算出真北方向,具有高精度、高可靠性等特点,广泛应用于军事和民用领域。