寻北器主要通过测量地球自转角速度来确定所附着载体的真北值,不受外界磁场或其他环境的干扰或影响。市场上惯性寻北器的种类很多,因此选择一款惯性寻北器就显得尤为重要。本文将详细介绍如何通过其核心传感器、应用环境、尺寸、重量和精度来选择合适的寻北器。
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寻北器的选择因素
核心传感器
核心传感器在寻北头中起着决定性的作用,极大地影响寻北头的精度。因此,在选择寻北头时,核心传感器至关重要。目前寻北器使用的核心传感器主要有三种:环形激光陀螺仪(RLG)。陀螺仪技术还包括光纤陀螺仪(FOG)和微机电系统(MEMS)陀螺仪,可根据应用领域和要求进行选择。选择精密小型、紧凑、轻量且抗辐射的 RLG 紧凑且独立,不会产生摩擦,摩擦会影响精度并随着时间的推移增加“漂移”。事实上,与每小时可漂移0.1-0.01度的机械陀螺仪相比,RLG漂移约0.0035度,使其适合低成本车辆定位和寻北应用。然而,环形激光陀螺仪(RLG)自1963年首次推出以来一直占据惯性导航市场的主导地位。其主导地位正逐渐受到光纤陀螺仪(FOG)技术进步的挑战,而光纤陀螺仪也在慢慢占领惯性导航市场中的RLG 。
光纤陀螺仪 (FOG) 比 RLG 陀螺仪具有更高的惯性性能和更低的偏置,使其成为 GNSS 抑制环境或天线指向等高精度应用的首选解决方案。光纤陀螺仪是一种固态设备,不使用抖动机制,这意味着它不会产生任何声学振动,使其比 RLG 更耐用、更可靠。此外,可以通过改变光纤线圈的长度和直径来扩展光纤陀螺仪的应用。
MEMS技术近年来取得了长足的进步。MEMS速率陀螺仪通过测量地球自转角速度来计算方位角,采集不同方位角下陀螺仪的输出,并进行信号处理来计算设备的方位角。MEMS 传感器实现了更高的精度、改进的误差特性和更好的灵敏度,从而显着提高了 MEMS 的整体性能。其他公司为商业和消费产品生产数百万个 MEMS,而 Ericco 专注于通常用于航空航天、国防和运输应用的高性能系统。例如ER-MNS-05 完全温度补偿,具有高精度和高灵敏度的特性,大大提高了工作效率。
因此,在选择寻北头时,应特别关注其核心传感器。传感器精度可以提高寻北头的整体性能。如果寻北精度要求稍高:0.1°左右、0.2°~0.02°左右,可以选择光纤传感器(FOG)。如果需要超高精度且对体积没有严格要求,可以选择激光传感器(RLG)作为导引头。精度可达0.01°~0.005°左右。您可以根据自己对寻北精度的要求来选择寻北仪,可以达到事半功倍的效果。
尺寸和重量
由于寻北器的应用领域不同,工作空间也不同,在一些复杂的工作领域如钻机、矿山、隧道掘进机等。寻北器主要有两种类型:MEMS和FOG。MEMS 寻北头体积小、重量轻。MEMS 的功耗也比 FOG 低,为燃料有限的车辆提供更长的任务时间。如果对尺寸有严格要求,MEMS是最推荐的。例如ER-MNS-06是世界上最小的寻北仪,只有44.84×38.88×21.39mm,重量≤60g,精度为0.25°-1。如果重量和尺寸要求不严格,但要求精度,可以选择激光传感器(RLG)作为寻北器。如果对尺寸和精度有一定要求,建议选择光纤传感器(FOG)作为寻北器。例如:ER-FNS-03,尺寸为200×100×90mm/210×125×105mm,重量为2.0Kg。它具有与MEMS寻北器相同的精度,并且尺寸较小。
寻北精度
FOG 独有的另一种寻北能力,即使在强磁场环境中也是如此。与依靠磁力计实现精确航向的 MEMS 技术相比,FOG 即使在运动中也能准确测量地球的自转角速度,并且可以在几分钟内准确确定北向。对于无法长时间依赖任何 GNSS 信号的海底应用来说,这是一个特别受欢迎的功能。例如,ER-FNS-03是一款低成本三轴FOG寻北头,是FOG寻北头中的佼佼者。
如果寻北精度要求特别高,1倍Sigma,精度0.001以上,一般会选择激光传感器作为寻北器。在0.01°~0.5°左右,可选用光纤传感器作为寻北器,而MEMS寻北器一般寻北精度在0.5°~1°、2°左右。一旦确定了重要的精度,大家就可以购买到高质量的寻北仪,这也将减少实际应用中的误差。
应用领域
陀螺寻位系统广泛应用于国民经济和军事各个领域。使用陀螺寻北系统获取方位信息时,根据不同的行业特点和约束条件,有多种不同的观测方法和操作流程。方位角的传输和瞄准是最常用、最基础的环节。陀螺寻北系统的许多典型应用都需要应用该技术。
隧道工程中心线测量
矿山、交通等行业的施工建设过程中,隧道盾构开挖均在地下进行,北行信息的获取是工程顺利进行的基础。在隧道等开挖工程中,坑内中心线测量一般采用长距离导线,难以保证精度。特别是进行盾构开挖时,从基坑短参考中心线开始,需要有较高的测角精度和换站精度。测量过程中,必须经常对地面和地下进行相应的检查,以保证测量的准确性。然而,在人口稠密的城市地区,由于无法进行过多的检测作业,因此很难保证测量精度。如果使用陀螺经纬仪,可以获得绝对高精度的方位参考,并且可以减少成本密集的检测工作(检测点数最少),是一种非常高效的中心线测量方法。
军事武器系统的瞄准
陀螺寻北系统在军事测地作业中可以发挥巨大作用,即为火炮、导弹等武器系统提供参考准射击方向,并进行测量以获得北向信号。常规作业方法考虑了测地线保护。这是基本的,但武器威力的有效使用已经过测试。例如,在炮兵部队的测地作业中,在一定程度上,无论是炮兵战斗队形的受控测量还是连续测量,获得较高精度的方法有以下几种:根据结果数据反演或计算方位,归纳出方位。方位,天文方位测定在实际操作中具有很大的局限性,在一定程度上影响了大地测量操作的速度和精度。陀螺寻北系统的引入,解决了全天候精确位置获取问题,大大改进了作业方法,有利于作业方法的全面实施,使快速、准确的大地测量保障成为现实。
国防工业中的许多设备
大量的方位需求,例如:惯导设备需要建立室内北向参考,惯导测试转盘的零向或轴需要指向某个方向;射频仿真实验室的天线(多达数百甚至数千)需要分布在球形阵列上,并要求指向球心。有些需要正北方向。球中心转盘的零位方向需要与球面阵列的零位对齐;惯性导航测试产品需要确定真北方向;惯性导航测试产品需要确定真北方向。中试转台需要检测旋转的精度。随着我国国防、航空和载人航天事业的发展,这些领域和学科迫切需要高精度定向测量技术支撑。
方位基准和方位基准装置
在需要经常参考北向信息的场合,往往需要保存方位角信息并建立各种方位角基准,如各种仪器设备的校准方位角、地标方位角、建筑物的北向等。这些基准的北向误差会直接影响工作质量,如惯性仪器测试精度、工程施工方位精度等,精度往往要求高达角秒级以上。在雷达、天线、车辆等的动态初标、静态初标、方向控制等应用场景中,光纤陀螺寻北头ER-FNS-02完美匹配这些工作场景,并具有以下特点:稳定性强,可靠性高。,精度达到(0.02°-0.1°),用于高精度初始对准和方向控制解决方案,为工作提供了很多便利。随着时间的推移,准确性可以相对提高。陀螺经纬仪寻北时间一般需要5~20分钟左右,精度可达10英寸。
在隧道工程中心线测量应用中,寻北精度极高,一般在0.005°左右。寻北仪必须选用高精度传感器,例如RLG激光传感器作为寻北仪。军队中武器系统的瞄准一般采用0.5°~0.02°左右的传感器。对方位基准和方位基准装置的要求也比较高。对于校准装置来说,一般采用0.001°的传感器作为寻北头。寻北头的应用范围相当广泛。在现代国防建设和国民经济建设中发挥着重要作用。如果寻北头不能满足您自己的要求,您应该根据自己的应用需求和寻北头的参数来选择。选择或自定义,实现寻北精度与寻北速度的协调。