Североискатель - это тип компаса, который используется для определения истинного северного направления на местности. Гиросевероискатель, также известный как гирокомпас, представляет собой инерциальную измерительную систему, использующую принцип гироскопа для определения направления проекции угловой скорости вращения Земли на местную горизонтальную плоскость (т.е. истинного севера). Процесс поиска севера не требует внешних ориентиров. Кроме того, что его возможности ограничены высокими широтами, на измерения при поиске севера не влияют погодные условия, дневное и ночное время, геомагнитное поле и условия видимости на местности. Гиросевероискатель - это прецизионный инерциальный измерительный прибор, который широко используется для определения азимута при бурении нефтяных скважин, геодезической съемке и наземной радиолокации. В зависимости от типа используемого гироскопа, гироискатели севера можно разделить на следующие три типа:
◆ Североискатель с гироскопом с двумя степенями свободы в качестве датчика вращения Земли (например, гироскоп-североискатель с подвесным маятником)
◆ Северный искатель с одноосным гироскопом в качестве датчика (например, ремешковый гироскопический северный искатель)
◆ Платформенная система поиска севера
Гироскопический искатель севера чрезвычайно чувствителен к вибрационным возмущениям окружающей среды (особенно к низкочастотным вибрационным возмущениям). В зависимости от условий использования гироскопические северные искатели можно разделить на три типа: высокоточные северные искатели, устанавливаемые на земле, гироскопические северные искатели, устанавливаемые на транспортные средства, и гироскопические северные искатели, устанавливаемые на морские подвижные базы.
Оптоволоконный гироскоп-североискатель представляет собой высокоточный инерциальный прибор, автономно указывающий направление. Он может выдавать угол между несущей и истинным направлением на север без ввода значения широты. Используя значение угловой скорости вращения Земли, измеренное волоконно-оптическим гироскопом, и угол между гироскопом и горизонтальной плоскостью, измеренный акселерометром, можно получить угол между базовой линией носителя и истинным направлением на север путем компьютерного расчета. Акселерометр, установленный на базовой линии, может измерять угол установки устройства для определения направления на север. Волоконно-оптический гироскоп, используемый в волоконно-оптическом гироскопе-североискателе, представляет собой твердотельный прибор без вращающихся частей, поэтому он устойчив к ударам и вибрациям. Этого не могут сделать другие неволоконные гироскопы.
Принцип работы волоконно-оптического гироскопа-искателя севера
Волоконно-оптический гироскоп GSY-FNS-01, GSY-FNS-02, GSY-FNS-03 (Fiber Optic Gyroscope, FOG) компании ERICCO - это новый полностью твердотельный гироскоп на основе эффекта Сагнака, инерционный измерительный элемент без механических вращающихся частей, обладающий такими преимуществами, как ударопрочность, высокая чувствительность, длительный срок службы, низкое энергопотребление и надежность интеграции. Он является идеальным инерциальным прибором в новом поколении инерциальных навигационных систем на ремешках.
Для определения направления на север на основе волоконно-оптического гироскопа в большинстве случаев используется метод поворота FOG на фиксированный угол и вычисления угла относительно северного направления путем определения смещения. Для точного наведения на север необходимо также устранить дрейф ФОГ. Обычно используется вращающаяся платформа, как показано на рис. 1, на подвижном основании размещается волоконно-оптический гироскоп, плоскость подвижного основания параллельна горизонтальной плоскости, а чувствительная ось волоконно-оптического гироскопа параллельна плоскости подвижного основания. При начале движения на север гироскоп находится в положении 1, а чувствительная ось гироскопа параллельна носителю. Предполагается, что угол между начальным направлением чувствительной оси гироскопа и направлением на истинный север равен α. Выходное значение гироскопа в положении 1 равно ω1; затем основание поворачивается на 90°, и выходное значение гироскопа, измеренное в положении 2, равно ω2. Повернитесь на 90° еще два раза по очереди и перейдите в положения 3 и 4 соответственно, чтобы получить угловые скорости ω3 и ω4.
Рисунок 1
Рисунок 2
Курсовой угол может быть рассчитан через ω1, ω2, ω3 и ω4. При использовании этого метода измерения можно исключить смещение нуля гироскопа, а также не требуется значение широты места измерения. Если широта места измерения известна, то курсовой угол может быть получен простым измерением двух позиций 1 и 3 (или 2 и 4).