CN114235004A - 一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法，包括原子陀螺上的反射镜和倾斜仪，反射镜法线上的第一经纬仪，平晶的法线上的第二经纬仪；检测反射镜‑第一经纬仪‑第二经纬仪的水平角度值α和平晶‑第二经纬仪‑第一经纬仪的水平角度值β，根据α和β计算原子陀螺轴向与平晶法向的水平夹角Φ；旋转原子陀螺并对其倾角校正，调整第一经纬仪；检测旋转后反射镜‑第一经纬仪‑第二经纬仪的水平角度值α’和平晶‑第二经纬仪‑第一经纬仪的水平角度值β’，根据α’和β’计算旋转后原子陀螺轴向与平晶法向的水平夹角Φ’；根据Φ与Φ’计算原子陀螺轴向方位角水平方向变化值θ。本发明避免转台倾角回转误差，测量精度高。

Description

一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法

技术领域

本发明涉及量子精密测量领域，具体涉及一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法。

背景技术

转动精密测量领域中，原子干涉技术的快速发展为原子干涉陀螺仪的研究提供了基础。其中，四脉冲原子陀螺方案是建立在三脉冲干涉基础上的另一种差分方案，其采用π/2～π～π～π/2四个Raman脉冲序列对原子进行干涉作用，四个脉冲宽度依次为τ、2τ、2τ和τ，脉冲之间的时间间隔为T、2T和T。这种方式相较于三脉冲形式增大了干涉面积，可提高测量灵敏度。在利用四脉冲原子陀螺测量地球自转速率或对原子陀螺标度因数进行标定测量时，需要精确知道四脉冲原子陀螺轴向方位角度。因原子陀螺体积大、重量重，转动时需利用方位转台带动，但方位转台存在倾角回转误差，影响原子陀螺轴向方位角度测量，导致地速测量不准或是原子陀螺标度因数测量不准。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法，避免转台倾角回转误差，可行性强，可测范围大，测量精度高，能够精确定位四脉冲原子陀螺轴向方位。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，本发明提供一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，包括方位转台、原子陀螺、倾斜仪、反射镜、第一经纬仪、第二经纬仪和平晶，所述方位转台固定连接原子陀螺的底部，所述反射镜和倾斜仪分别固定设置在原子陀螺上，所述第一经纬仪设置在反射镜的反射面的法线上，所述第二经纬仪设置在平晶的法线上，所述第一经纬仪与第二经纬仪的检测部可旋转扫描，且所述第一经纬仪与第二经纬仪相互设置在对方的瞄准范围内；

所述方位转台用于调整原子陀螺的水平方位角度以及倾角，使原子陀螺旋转后的倾角与旋转前的倾角保持一致；

所述倾斜仪用于检测原子陀螺旋转前后的倾角数据；

所述反射镜用于反馈原子陀螺的轴向方位；

所述平晶用于为所述第二经纬仪提供检测基准；

所述第一经纬仪和第二经纬仪用于在原子陀螺旋转前后检测平晶的法向与反射镜的反射面法向之间的水平夹角，原子陀螺旋转前后的所述水平夹角的差值即原子陀螺轴向方位角水平方向变化值。

优选的，所述检测平晶的法向与反射镜的反射面法向之间的水平夹角，包括：

第一经纬仪检测反射镜-第一经纬仪-第二经纬仪的水平角度值α，第二经纬仪检测平晶-第二经纬仪-第一经纬仪的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到原子陀螺轴向与平晶法向的水平夹角Φ。

优选的，所述方位转台包括从上而下设置的承重端、载重轴承和调整垫脚，所述承重端的顶面作为承载面与原子陀螺的底部连接，所述承重端的下部通过载重轴承与调整垫脚转动连接，所述调整垫脚用于调整原子陀螺的倾角。

优选的，所述反射镜的两面均镀有金属反射膜，镀膜后反射面的面形精度小于λ/8@632.8nm,两面的平行度小于1秒。

优选的，所述倾斜仪为绝对倾斜仪。

作为本发明的第二方面，本发明提供一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，包括以下步骤：

S1，在原子陀螺上设置反射镜，设置第一经纬仪在反射镜的反射面的法线上，设置平晶与第二经纬仪，使第二经纬仪在平晶的法线上，第一经纬仪与第二经纬仪的检测部可旋转；

S2，检测反射镜-第一经纬仪-第二经纬仪的水平角度值α，检测平晶-第二经纬仪-第一经纬仪的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到原子陀螺轴向与平晶法向的水平夹角Φ；

S3，水平旋转原子陀螺，对原子陀螺进行倾角校正，调整第一经纬仪的位置，使其保持在反射镜的反射面的法线上；检测旋转后反射镜-第一经纬仪-第二经纬仪的水平角度值α’，检测平晶-第二经纬仪-第一经纬仪的水平角度值β’，根据水平角度值α’和水平角度值β’计算得到旋转后原子陀螺轴向与平晶法向的水平夹角Φ’；

S4，根据旋转前的水平夹角Φ与旋转后的水平夹角Φ’计算得到原子陀螺轴向方位角水平方向变化值θ。

进一步，步骤S2包括：

S201,将第一经纬仪对准反射镜的反射面，获取反射镜相对于第一经纬仪的初始水平数值a；将第一经纬仪瞄准第二经纬仪，获取第二经纬仪相对于第一经纬仪的初始水平数值a’；通过以下公式计算得到反射镜-第一经纬仪-第二经纬仪的水平角度值α：α＝a-a’；

S202，将第二经纬仪瞄准第一经纬仪，获取第一经纬仪相对于第二经纬仪的初始水平数值b；将第二经纬仪对准平晶，获取平晶相对于第二经纬仪的初始水平数值b’；通过以下公式计算得到第一经纬仪-第二经纬仪-平晶的水平角度值β：β＝b-b’；

S203，根据以下公式计算得到平晶的法向与反射镜的反射面法向之间的水平角度值：Φ＝180°-(180°-α)-(180°-β)。

进一步，步骤S3包括：

S301，水平旋转原子陀螺，调整第一经纬仪的坐标位置，使其保持位于反射镜的反射面的法线上；

S302，将第一经纬仪对准反射镜的反射面，获取反射镜相对于第一经纬仪的当前水平数值a1；将第一经纬仪瞄准第二经纬仪，获取第二经纬仪相对于第一经纬仪的当前水平数值a1’；通过以下公式计算得到反射镜-第一经纬仪-第二经纬仪的水平角度值α’：α’＝a1-a1’；

S303，将第二经纬仪瞄准第一经纬仪，获取第一经纬仪相对于第二经纬仪的当前水平数值b1；将第二经纬仪对准平晶，获取平晶相对于第二经纬仪的当前水平数值b1’；通过以下公式计算得到第一经纬仪-第二经纬仪-平晶的水平角度值β’：β’＝b1-b1’；

S304，根据以下公式计算得到平晶的法向与反射镜的反射面法向之间的水平角度值：Φ’＝180°-(180°-α’)-(180°-β’)。

进一步，步骤S4中，通过以下公式计算得到原子陀螺旋转前后轴向方位角水平方向变化值θ：θ＝Φ’-Φ。

进一步，所述对原子陀螺进行倾角校正包括：

在步骤S2中，检测并记录原子陀螺的初始倾角(x,y)；

在步骤S3中，旋转原子陀螺后，检测原子陀螺的实时倾角(x’,y’)，调整原子陀螺的倾角，直到(x’,y’)的数值与(x,y)的数值一致。

进一步，若原子陀螺旋转角度超过180°，则调整平晶、第二经纬仪的位置，使第二经纬仪保持在平晶的法线上，且第二经纬仪与第一经纬仪相互位于对方的瞄准范围内，第二经纬仪与第一经纬仪可相互对准，然后重复步骤S1～S4。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法。该装置以四脉冲原子陀螺仪为被测主体，利用方位转台改变四脉冲原子陀螺水平方位角度，选用倾斜仪测量四脉冲原子陀螺旋转前后的绝对倾斜角度，并在旋转后通过倾斜仪的检测数据对原子陀螺仪的倾角进行校正，使其倾角保持在初始状态，避免了转台倾角回转误差；采用双经纬仪测量旋转前后反射镜的反射面法线与平晶之间的角度，由于反射镜的反射面法线的方位与原子陀螺的轴向方位一致，因此本装置用于对原子陀螺的轴向方位进行测量，以得到原子陀螺轴向方位角水平方向变化值，测试中避免了转台倾角回转误差，可行性强，可测范围大，测量精度高，能够精确定位四脉冲原子陀螺轴向方位。

附图说明

图1为本发明的测量装置结构原理图；

图2为本发明的方位转台结构示意图；

图3为本发明的测量方法原理图；

图4为本发明的测量方法流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

01、倾斜仪，02、方位转台，2a、承重端，2b、载重轴承，2c、调整垫脚，03、第一经纬仪，04、第二经纬仪，05、平晶，06、原子陀螺仪，6a、反射镜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

为解决背景技术中提出的问题，第一方面，本实施例提供一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，用于对四脉冲原子陀螺仪06旋转前后的轴向方位角水平方向变化情况进行测量。如图1所示，该测量装置包括方位转台02、倾斜仪01、反射镜6a、第一经纬仪03、第二经纬仪04和平晶05，所述方位转台02固定连接原子陀螺的底部，所述反射镜6a和倾斜仪01分别固定设置在被测的原子陀螺仪06上，所述第一经纬仪03设置在反射镜6a的反射面的法线上，所述第二经纬仪04设置在平晶05的法线上，所述第一经纬仪03与第二经纬仪04的检测部可旋转扫描，且所述第一经纬仪03与第二经纬仪04相互设置在对方的瞄准范围内；

所述方位转台02用于调整被测原子陀螺仪06的水平方位角度以及倾角，使被测原子陀螺仪06旋转后的倾角与旋转前的倾角保持一致；

所述倾斜仪01用于检测被测原子陀螺仪06旋转前后的倾角数据；

所述反射镜6a用于反馈被测原子陀螺仪06的轴向方位；

所述平晶05用于为所述第二经纬仪04提供检测基准；

所述第一经纬仪03和第二经纬仪04用于在被测原子陀螺仪06旋转前后检测平晶05的法向与反射镜6a的反射面法向之间的水平夹角，被测原子陀螺仪06旋转前后的所述水平夹角的差值即被测原子陀螺仪06轴向方位角水平方向变化值。

对于四脉冲原子陀螺来说，转动相移可写为：

式(1)中：

为转动相移；k_eff为双光子有效波矢方向；g为重力加速度；Ω为系统转动角速度；T为前两束拉曼光脉冲间隔时间。

由式(1)知，四脉冲原子陀螺敏感轴方向为k_eff×g，重力加速度g为恒定矢量，即敏感轴方向由有效k波矢方向决定。而有效k波矢方向由拉曼光入射和返射角度决定，即由反射镜6a法线决定。因此反射镜6a反射拉曼光面的角度方位决定了四脉冲原子陀螺轴向方位，在保证反射镜6a面型和平行度的条件下，对原子陀螺上反射镜6a角度方位进行测量即是对四脉冲原子陀螺轴向方位角进行测量。

本测量装置中，方位转台02是四脉冲原子陀螺仪06的主要承重及转动平台，倾斜仪01优选采用绝对倾斜仪01，可测原子陀螺的绝对倾角，用于在转动平台旋转后对原子陀螺仪06的倾角进行校正时提供调整依据。在原子陀螺仪06旋转前测量其初始倾角并记录，在旋转后再次测量原子陀螺仪06的实时倾角，通过调整方位转台02的局部高度，来校正原子陀螺仪06的实时倾角，直到实时倾角与旋转前的初始倾角一致，从而实现了原子陀螺仪06旋转后的倾角校正，避免旋转过程中方位转台02存在的倾角回转误差，影响原子陀螺轴向方位角度测量，导致地速测量不准或是原子陀螺标度因数测量不准的问题。在进行原子陀螺仪06轴向方位角水平方向变化值的测量过程中，平晶05作为标准量具，固定好后作为测试基准。第一经纬仪03和第二经纬仪04优选采用电子经纬仪。第一经纬仪03架于三脚架上，可随原子陀螺转动而移动，测试时第一经纬仪03的头部(即检测部)可进行旋转，从而与原子陀螺仪06上反射镜6a和第二经纬仪04对准。第二经纬仪04的底座固定，其头部可旋转与平晶05和第一经纬仪03对准。

本实施例中，所述检测平晶05的法向与反射镜6a的反射面法向之间的水平夹角，包括：

在方位转台02搭载原子陀螺仪06进行旋转前，第一经纬仪03检测反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α，第二经纬仪04检测平晶05-第二经纬仪04-第一经纬仪03的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到被测原子陀螺仪06的轴向与平晶05法向的水平夹角Φ；

在方位转台02搭载原子陀螺仪06进行旋转并且进行倾角校正后，第一经纬仪03检测反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α’，第二经纬仪04检测平晶05-第二经纬仪04-第一经纬仪03的水平角度值β’，根据水平角度值α’和水平角度值β’计算得到被测原子陀螺仪06的轴向与平晶05法向的水平夹角Φ’；

根据计算水平夹角Φ与水平夹角Φ’的差值，即可得到被测原子陀螺仪06旋转前后轴向方位角水平方向变化值θ。

如图2所示，所述方位转台02包括从上而下设置的承重端2a、载重轴承2b和调整垫脚2c，所述承重端2a的顶面作为承载面与被测原子陀螺仪06的底部连接，所述承重端2a的下部通过载重轴承2b与调整垫脚2c转动连接，调整垫脚2c的局部高度可调节，所述调整垫脚2c用于调整被测原子陀螺仪06的倾角。

为了获得对第一经纬仪03的检测光线更好的反射效果，使得检测更加灵敏与准确，所述反射镜6a的两面均镀有金属反射膜，镀膜后反射面的面形精度小于λ/8@632.8nm,两面的平行度小于1秒。

在上述测量装置的基础上，作为本发明的第二方面，如图3～4所示，本实施例还提供一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，包括以下步骤：

S1，在被测原子陀螺仪06上设置反射镜6a与倾斜仪01，设置第一经纬仪03在反射镜6a的反射面的法线上，设置平晶05与第二经纬仪04，使第二经纬仪04在平晶05的法线上，第一经纬仪03与第二经纬仪04的检测部可旋转并进行相互瞄准；

S2，检测反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α，检测平晶05-第二经纬仪04-第一经纬仪03的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到被测原子陀螺仪06轴向与平晶05法向的水平夹角Φ；

S3，水平旋转被测原子陀螺仪06，对被测原子陀螺仪06进行倾角校正，调整第一经纬仪03的位置，使其保持在反射镜6a的反射面的法线上；检测旋转后反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α’，检测平晶05-第二经纬仪04-第一经纬仪03的水平角度值β’，根据水平角度值α’和水平角度值β’计算得到旋转后被测原子陀螺仪06轴向与平晶05法向的水平夹角Φ’；

S4，根据旋转前的水平夹角Φ与旋转后的水平夹角Φ’计算得到被测原子陀螺仪06轴向方位角水平方向变化值θ。

更详细的，步骤S2包括：

S201,将第一经纬仪03对准反射镜6a的反射面，获取反射镜6a相对于第一经纬仪03的初始水平数值a；将第一经纬仪03瞄准第二经纬仪04，获取第二经纬仪04相对于第一经纬仪03的初始水平数值a’；通过以下公式计算得到反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α：α＝a-a’；

S202，将第二经纬仪04瞄准第一经纬仪03，获取第一经纬仪03相对于第二经纬仪04的初始水平数值b；将第二经纬仪04对准平晶05，获取平晶05相对于第二经纬仪04的初始水平数值b’；通过以下公式计算得到第一经纬仪03-第二经纬仪04-平晶05的水平角度值β：β＝b-b’；

S203，根据以下公式计算得到平晶05的法向与反射镜6a的反射面法向之间的水平角度值：Φ＝180°-(180°-α)-(180°-β)。

更详细的，步骤S3包括：

S301，水平旋转被测原子陀螺仪06，调整第一经纬仪03的坐标位置，使其保持位于反射镜6a的反射面的法线上；

S302，将第一经纬仪03对准反射镜6a的反射面，获取反射镜6a相对于第一经纬仪03的当前水平数值a1；将第一经纬仪03瞄准第二经纬仪04，获取第二经纬仪04相对于第一经纬仪03的当前水平数值a1’；通过以下公式计算得到反射镜6a-第一经纬仪03-第二经纬仪04的水平角度值α’：α’＝a1-a1’；

S303，将第二经纬仪04瞄准第一经纬仪03，获取第一经纬仪03相对于第二经纬仪04的当前水平数值b1；将第二经纬仪04对准平晶05，获取平晶05相对于第二经纬仪04的当前水平数值b1’；通过以下公式计算得到第一经纬仪03-第二经纬仪04-平晶05的水平角度值β’：β’＝b1-b1’，b1’＝b’；

S304，根据以下公式计算得到平晶05的法向与反射镜6a的反射面法向之间的水平角度值：Φ’＝180°-(180°-α’)-(180°-β’)。

更详细的，步骤S4中，通过以下公式计算得到被测原子陀螺仪06旋转前后轴向方位角水平方向变化值θ：θ＝Φ’-Φ。

本实施例中，所述对被测原子陀螺仪06进行倾角校正包括：

在步骤S2中，检测并记录被测原子陀螺仪06的初始倾角(x,y)；

在步骤S3中，旋转被测原子陀螺仪06后，检测被测原子陀螺仪06的实时倾角(x’,y’)，调整被测原子陀螺仪06的倾角，直到(x’,y’)的数值与(x,y)的数值一致。

为了便于对本方案进一步的理解，先结合图3来对本方案进行更加详尽的说明。

图3展示了方位转台02进行旋转前后该测量装置的状态对比。如图3中实线所示为方位转台02旋转前本测量装置的初始状态，虚线所示为方位转台02旋转后本测量装置的状态。由于平晶05O作为本测量装置的测量基准点，假设平晶05的位置为O点，原子陀螺仪06的旋转轴心为C点，方位转台02旋转前第一经纬仪03的测量位置为B点、第二经纬仪04的测量位置为A点、平晶05的法线与反射镜6a的反射面的法向交点为D点，方位转台02旋转后第一经纬仪03的测量位置为B’点、平晶05的法线与反射镜6a的反射面的法向交点为D’点。如图3所示，A点始终位于平晶05的法线上，C点、B点、B’点始终位于反射镜6a的反射面的法线上。

在进行检测的过程中，可参考图4所示的步骤，在图3的实线所示的初始状态下，先将第一经纬仪03的底座气泡调平，自准直对准原子陀螺上反射镜6a的反射面，得到此时反射镜6a俯仰角和初始水平数值a。因反射镜6a要求双面镀金属反射膜，镀膜后反射面的面形精度小于λ/8@632.8nm,两面平行度小于1秒，利用经纬仪测反射镜6a背面法向值可理论认为实测拉曼光k波矢值。

同时将第二经纬仪04的底座气泡调平，对准基准的平晶05得到一个初始水平数值b。然后第一经纬仪03和第二经纬仪04的底座分别固定位置，旋转二者的头部，将二者对瞄(即相互瞄准)，得到第一经纬仪03的第二个初始水平数值a’和第二经纬仪04的第二个初始水平数值b’。

将以上检测数据进行计算，可得到∠ABC＝α＝a-a’，∠OAB＝β＝b-b’,同时得到∠ODC＝Ф＝180°-(180°-∠OAB)-(180°-∠ABC)＝180°-(180°-β)-(180°-α)＝α+β-180°。记下此时原子陀螺仪06的倾斜角度值(x，y)。此时完成了初始状态下，原子陀螺仪06轴向与平晶05法向的水平夹角Φ的检测。

转动方位转台02后，将原子陀螺仪06转至图3中虚线位置。因方位转台02存在倾角回转误差，利用倾斜仪01测得原子陀螺当前的绝对倾角为(x’，y’)，此时需调整方位转台02的调整脚垫，使得原子陀螺仪06的绝对倾角回到初始状态的(x，y)，保证此状态下原子陀螺的倾角状态和初始状态一致。移动第一经纬仪03至图3虚线处，调整其底座气泡，将其与反射镜6a的反射面对准，得到此状态反射镜6a的俯仰角和当前反射镜6a相对于第一经纬仪03的当前水平数值a1，此状态的俯仰角应和上一状态一致，若不一致，则重新调整第一经纬仪03的位置。将第一经纬仪03和第二经纬仪04对瞄，可得到第一经纬仪03上的第二个水平数值a1’，即第二经纬仪04相对于第一经纬仪03的当前水平数值，以及得到在第二经纬仪04上的第一个水平数值b1，即第一经纬仪03相对于第二经纬仪04的当前水平数值。然后将第二经纬仪04瞄准平晶05，获取平晶05相对于第二经纬仪04的当前水平数值b1’。由于平晶05作为检测基准，其位置不变，第二经纬仪04的位置也不变，此时应满足b1’＝b’。

将以上检测数据进行计算，可得到∠ABC＝α’＝a1-a1’，∠OAB’＝β’＝b1-b1’＝b1-b’,同时得到∠OD’C＝Ф’＝180°-(180°-∠OAB’)-(180°-∠AB’C)＝180°-(180°-β’)-(180°-α’)＝α’+β’-180°。此时完成了旋转后，原子陀螺仪06轴向与平晶05法向的水平夹角Φ’的检测。而原子陀螺轴向方位角度变化值θ＝Ф-Ф’＝∠ODC-∠OD’C＝α+β-180°-α’-β’+180°＝α+β-α’-β’，因此，由上述步骤可用双经纬仪测量原子陀螺轴向方位角的绝对变化量。

由于原子陀螺仪06可进行360°的周向旋转，在平晶05与第二经纬仪04的位置保持不变的情况下，第一经纬仪03对于反射镜6a的测量范围理论上不能超过180°，因此，若被测原子陀螺仪06的旋转角度超过180°，则调整平晶05、第二经纬仪04的位置，使第二经纬仪04始终保持在平晶05的法线上，且第二经纬仪04与第一经纬仪03相互位于对方的瞄准范围内，使得第二经纬仪04与第一经纬仪03可相互对准，然后重复上述的步骤S1～S4，从而再次采用上述的测量方法对原子陀螺仪06的轴向方位角的绝对变化量进行测量。

本实施例公开的一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置及方法，以四脉冲原子陀螺仪06为被测主体，利用方位转台02改变四脉冲原子陀螺水平方位角度，选用倾斜仪01测量四脉冲原子陀螺旋转前后的绝对倾斜角度，并在旋转后通过倾斜仪01的检测数据对原子陀螺仪06的倾角进行校正，使其倾角保持在初始状态，避免了转台倾角回转误差；采用双经纬仪测量旋转前后反射镜6a的反射面法线与平晶05之间的角度，由于反射镜6a的反射面法线的方位与原子陀螺的轴向方位一致，因此本装置用于对原子陀螺的轴向方位进行测量，以得到原子陀螺轴向方位角水平方向变化值，测试中避免了转台倾角回转误差，可行性强，可测范围大，测量精度高，能够精确定位四脉冲原子陀螺轴向方位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，其特征在于，包括方位转台(02)、倾斜仪(01)、反射镜(6a)、第一经纬仪(03)、第二经纬仪(04)和平晶(05)，所述方位转台(02)固定连接原子陀螺的底部，所述反射镜(6a)和倾斜仪(01)分别固定设置在原子陀螺上，所述第一经纬仪(03)设置在反射镜(6a)的反射面的法线上，所述第二经纬仪(04)设置在平晶(05)的法线上，所述第一经纬仪(03)与第二经纬仪(04)的检测部可旋转扫描，且所述第一经纬仪(03)与第二经纬仪(04)相互设置在对方的瞄准范围内；

所述方位转台(02)用于调整原子陀螺的水平方位角度以及倾角，使原子陀螺旋转后的倾角与旋转前的倾角保持一致；

所述倾斜仪(01)用于检测原子陀螺旋转前后的倾角数据；

所述反射镜(6a)用于反馈原子陀螺的轴向方位；

所述平晶(05)用于为所述第二经纬仪(04)提供检测基准；

所述第一经纬仪(03)和第二经纬仪(04)用于在原子陀螺旋转前后检测平晶(05)的法向与反射镜(6a)的反射面法向之间的水平夹角，原子陀螺旋转前后的所述水平夹角的差值即原子陀螺轴向方位角水平方向变化值。

2.根据权利要求1所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，其特征在于，所述检测平晶(05)的法向与反射镜(6a)的反射面法向之间的水平夹角，包括：

第一经纬仪(03)检测反射镜(6a)-第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)的水平角度值α，第二经纬仪(04)检测平晶(05)-第二经纬仪(04)-第一经纬仪(03)的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到原子陀螺轴向与平晶(05)法向的水平夹角Φ。

3.根据权利要求1所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，其特征在于，所述方位转台(02)包括从上而下设置的承重端(2a)、载重轴承(2b)和调整垫脚(2c)，所述承重端(2a)的顶面作为承载面与原子陀螺的底部连接，所述承重端(2a)的下部通过载重轴承(2b)与调整垫脚(2c)转动连接，所述调整垫脚(2c)用于调整原子陀螺的倾角。

4.根据权利要求1所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量装置，其特征在于，所述反射镜(6a)的两面均镀有金属反射膜，镀膜后反射面的面形精度小于λ/8@632.8nm,两面的平行度小于1秒。

5.一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在原子陀螺上设置反射镜(6a)，设置第一经纬仪(03)在反射镜(6a)的反射面的法线上，设置平晶(05)与第二经纬仪(04)，使第二经纬仪(04)在平晶(05)的法线上，第一经纬仪(03)与第二经纬仪(04)的检测部可旋转；

S2，检测反射镜(6a)-第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)的水平角度值α，检测平晶(05)-第二经纬仪(04)-第一经纬仪(03)的水平角度值β，根据水平角度值α和水平角度值β计算得到原子陀螺轴向与平晶(05)法向的水平夹角Φ；

S3，水平旋转原子陀螺，对原子陀螺进行倾角校正，调整第一经纬仪(03)的位置，使其保持在反射镜(6a)的反射面的法线上；检测旋转后反射镜(6a)-第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)的水平角度值α’，检测平晶(05)-第二经纬仪(04)-第一经纬仪(03)的水平角度值β’，根据水平角度值α’和水平角度值β’计算得到旋转后原子陀螺轴向与平晶(05)法向的水平夹角Φ’；

S4，根据旋转前的水平夹角Φ与旋转后的水平夹角Φ’计算得到原子陀螺轴向方位角水平方向变化值θ。

6.根据权利要求5所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，步骤S2包括：

S201,将第一经纬仪(03)对准反射镜(6a)的反射面，获取反射镜(6a)相对于第一经纬仪(03)的初始水平数值a；将第一经纬仪(03)瞄准第二经纬仪(04)，获取第二经纬仪(04)相对于第一经纬仪(03)的初始水平数值a’；通过以下公式计算得到反射镜(6a)-第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)的水平角度值α：α＝a-a’；

S202，将第二经纬仪(04)瞄准第一经纬仪(03)，获取第一经纬仪(03)相对于第二经纬仪(04)的初始水平数值b；将第二经纬仪(04)对准平晶(05)，获取平晶(05)相对于第二经纬仪(04)的初始水平数值b’；通过以下公式计算得到第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)-平晶(05)的水平角度值β：β＝b-b’；

S203，根据以下公式计算得到平晶(05)的法向与反射镜(6a)的反射面法向之间的水平角度值：Φ＝180°-(180°-α)-(180°-β)。

7.根据权利要求5所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，步骤S3包括：

S301，水平旋转原子陀螺，调整第一经纬仪(03)的坐标位置，使其保持位于反射镜(6a)的反射面的法线上；

S302，将第一经纬仪(03)对准反射镜(6a)的反射面，获取反射镜(6a)相对于第一经纬仪(03)的当前水平数值a1；将第一经纬仪(03)瞄准第二经纬仪(04)，获取第二经纬仪(04)相对于第一经纬仪(03)的当前水平数值a1’；通过以下公式计算得到反射镜(6a)-第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)的水平角度值α’：α’＝a1-a1’；

S303，将第二经纬仪(04)瞄准第一经纬仪(03)，获取第一经纬仪(03)相对于第二经纬仪(04)的当前水平数值b1；将第二经纬仪(04)对准平晶(05)，获取平晶(05)相对于第二经纬仪(04)的当前水平数值b1’；通过以下公式计算得到第一经纬仪(03)-第二经纬仪(04)-平晶(05)的水平角度值β’：β’＝b1-b1’；

S304，根据以下公式计算得到平晶(05)的法向与反射镜(6a)的反射面法向之间的水平角度值：Φ’＝180°-(180°-α’)-(180°-β’)。

8.根据权利要求5所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，步骤S4中，通过以下公式计算得到原子陀螺旋转前后轴向方位角水平方向变化值θ：θ＝Φ’-Φ。

9.根据权利要求5所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，所述对原子陀螺进行倾角校正包括：

在步骤S2中，检测并记录原子陀螺的初始倾角(x,y)；

在步骤S3中，旋转原子陀螺后，检测原子陀螺的实时倾角(x’,y’)，调整原子陀螺的倾角，直到(x’,y’)的数值与(x,y)的数值一致。

10.根据权利要求5所述一种基于双经纬仪的原子陀螺轴向方位角测量方法，其特征在于，若原子陀螺旋转角度超过180°，则调整平晶(05)、第二经纬仪(04)的位置，使第二经纬仪(04)保持在平晶(05)的法线上，且第二经纬仪(04)与第一经纬仪(03)相互位于对方的瞄准范围内，第二经纬仪(04)与第一经纬仪(03)可相互对准，然后重复步骤S1～S4。

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