测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理与方法介绍
的摆幅；
记录陀螺通过零指标线的 时间。
1.6 定向边坐标方位角计算
以一个测回测定测线方向值，前后两测回的互差符合限差 时，取其平均值作为测线方向值。定向边坐标方向角的计 算步骤如下：
陀螺方位角=测线方向值-陀螺北方向值 地理方位角=陀螺方位角+仪器常数 坐标方位角=地理方位角-子午线收敛角
仪器常数可在已知方位角的导线上或三角点测定，按下式 计算出：
仪器常数测量地理方位角时可用到，一般在用于煤矿 金属 矿进行陀螺方位角及控制导线测量时用不到仪器常数。
2 索佳GPX陀螺全站仪原理与方法
索佳 GP-1
致谢
The end, thank you!
1.3 精密定向（逆转点法）
பைடு நூலகம்
要求粗定向误差≤±2°；
粗定向后下放陀螺，摆幅 控制在5~8格之间；
使用全站仪水平微动螺旋 跟踪并记录逆转点
N1
1 2
a1
2
a3
a2
N2
1 2
a2
2
a4
a3
……
N
N n2
1.4 精密定向（中天法）
要求粗定向误差≤±20′； 粗定向后下放陀螺，摆幅
1、陀螺全站仪的操作
L 1 2 a1 a3 2 a2
1.1 陀螺仪悬挂带零位观测
原理
悬挂零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬带和导 流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，即扭力矩为零的 位置。
在陀螺观测开始之前和结束之后，要作悬带零位观测， 观测3次。相应简称为测前零位和测后零位观测。
简述陀螺经纬仪定向的主要内容
简述陀螺经纬仪定向的主要内容
陀螺经纬仪定向是指使用陀螺经纬仪来定位和导航时，对载体位置、航向、航速等进行定向的一种技术。
这种技术由三部分组成：陀螺经纬仪、信号处理器和定位数据库。
一、陀螺经纬仪
陀螺经纬仪（gyroscopic compasses）是一种采用陀螺仪原理的测量仪器，它能够测出地球自转和航行距离。
它的主要原理是：假设地球的自转旋转方向不变，空间内的惯性外框与地球的外框是一致的，那么只需要知道航行距离就可以测量出地球的旋转角度。
陀螺经纬仪由一组大型陀螺仪和支架组成，可以测量地球自转的旋转角度。
二、信号处理器
陀螺经纬仪的信号处理器是解算陀螺经纬仪测量出的地球自转
角度，并将其转换成地球表面上航行对应的航向方位和航行距离，以及航行者在地球表面上的经纬度位置。
三、定位数据库
定位数据库提供了载体在地球表面上定位时，所需要的地理信息，包括航行者所在地点经纬度、海拔高度、地形、气候等。
定位数据库中的信息是通过GPS和地形测量技术来收集的，可以提供精确的定位信息，这些信息的汇总就是定位数据库。
以上就是陀螺经纬仪定向的主要内容。
陀螺经纬仪定向主要依靠陀螺经纬仪、信号处理器以及定位数据库等来实现载体定位、航向定位和航行距离测量。
陀螺经纬仪定向技术已经广泛应用于航空、商业
航行、军事行动及旅游导游等方面，在实现人与机器的协同智能定位方面发挥着重要作用。
陀螺定向应用
纬仪中的读数。 • （2）测前零位测量 • 在精密定向前，陀螺马达不转时，测定陀螺灵敏
部受悬挂带和导流丝扭力作用而引起扭摆的平衡 位置，就是扭力矩为零的位置。
陀螺定向应用
• （3）精密定向 • 精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。 • （4）测后零位测量 • 在精密定向后，陀螺马达不转时，测定陀螺灵敏
四、陀螺经纬仪的结构 • 1．基本结构
• 大部分陀螺经纬仪采用上架式结构，由陀螺仪、 经纬仪、供电电源和三脚架四部分组成，其中电 源由逆变器和充电电池组成。充电电池提供电力， 逆变器将二相电流转变成三相交流电，从而使陀 螺马达产生旋转。
陀螺定向应用
GAK－陀1螺型定向陀应螺用 经纬仪
陀螺定向应用
• 以陀螺仪旋转轴x轴为基准，将水平分量ω1可以 再分解成两个互相垂直的分量ω3（沿y轴）和ω4 （沿x轴）。ω3叫做地球自转有效分量，对陀螺 仪轴的进动有影响。
陀螺定向应用
4．陀螺仪轴对地球的相对运动
陀螺仪轴对子午面的相对运动示意图
陀螺定向应用
二、陀螺经纬仪定向的方法
• 1.陀螺经纬仪定向的作业过程
GAK－1陀螺仪结构示意图
• （1）陀螺灵敏部
• 陀螺的核心是陀螺马达，装在密封的充氢的陀螺 房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导 流丝和悬挂带及其旁路结构给其供电，悬挂柱上 安装有反光镜，整个构成陀螺灵敏部。
• （2）反射式光学系统
• 高精度的陀螺经纬仪大部分采用反射式光学系统， 其优点：
第一节 陀螺经纬仪简介
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪（现代多采用全 站仪）结合在一起的集光、机、电于一体的精密 测绘仪器，用于精确测定未知边（或待定边）的 方位。它不受时间和地形环境的限制，不论已知 边和待定边的距离远近，一次传递方位，观测简 单、方便，效率高，能保证很高的定向精度，是 一种先进的定向仪器。
陀螺定向原理
陀螺定向原理
陀螺定向原理是一种利用陀螺仪的运动特性来实现定向的技术。
陀螺仪是一种测量旋转的装置，通过测量其内部陀螺的运动，可以确定物体的旋转方向和速度。
陀螺定向原理的基本原理是基于陀螺仪的两个重要性质：旋转保持和陀螺效应。
旋转保持是指陀螺保持一定转速和转向的性质。
当陀螺仪一定速度旋转时，无论外部如何施加力或转动它，它都会保持原来的转速和转向。
这意味着陀螺仪的转轴可以作为一个稳定的参考方向。
陀螺效应是指陀螺仪在转速改变或转向时会出现的效应。
当陀螺仪一定速度旋转时，改变其转轴方向会产生一个力矩，使其发生预cess。
基于以上原理，陀螺定向技术可以通过测量陀螺仪的转速和转向，来确定物体的姿态和方向。
具体的方法包括使用多个陀螺仪组成陀螺仪组，通过互相比较来校正误差，以及使用加速度计等其他传感器来辅助定向。
总结来说，陀螺定向原理利用陀螺仪的旋转保持和陀螺效应特性，通过测量陀螺仪的转速和转向来实现物体的定向。
这种技术在导航、航天、航海等领域具有广泛的应用。
陀螺仪工作原理
陀螺仪工作原理陀螺仪是一种用来测量和维持飞行器、船舶、导弹等方向稳定的重要仪器。
它的工作原理主要基于陀螺效应和角动量守恒定律。
陀螺仪的工作原理可以简单地概括为，利用陀螺仪的旋转惯性来保持物体的方向稳定。
首先，让我们来了解一下陀螺效应。
当一个陀螺仪在空间中旋转时，它会产生一个称为陀螺效应的现象。
这个现象表现为，当一个旋转的陀螺仪受到外力作用时，它会产生一个垂直于外力和陀螺仪旋转轴的力，这个力会导致陀螺仪产生一个旋转的倾向。
这就是陀螺效应，它是陀螺仪工作的基础。
其次，让我们来看一下角动量守恒定律。
根据角动量守恒定律，一个旋转的物体在没有外力作用的情况下，其角动量大小和方向保持不变。
这意味着，当陀螺仪旋转时，它的角动量会保持不变，这使得陀螺仪可以在受到外力作用时产生一个相对稳定的旋转方向。
基于以上两点原理，陀螺仪的工作原理可以总结为，利用陀螺效应和角动量守恒定律，通过陀螺仪旋转产生的稳定角动量，来维持物体的方向稳定。
当物体受到外力作用时，陀螺仪会产生一个相对稳定的旋转方向，从而保持物体的方向稳定。
在实际应用中，陀螺仪通常由旋转的转子、支撑结构和检测装置组成。
旋转的转子是陀螺仪的核心部件，它通过高速旋转产生稳定的角动量。
支撑结构用来支撑和保持转子的旋转，同时减小外部干扰对转子旋转的影响。
检测装置则用来检测陀螺仪的旋转状态，将其转化为电信号输出。
总的来说，陀螺仪的工作原理是基于陀螺效应和角动量守恒定律的，利用陀螺仪旋转产生的稳定角动量来维持物体的方向稳定。
在飞行器、船舶、导弹等领域，陀螺仪的应用非常广泛，它为这些设备的方向稳定提供了重要的支持。
通过深入理解陀螺仪的工作原理，我们可以更好地应用和维护这一重要的导航仪器。
陀螺定向原理
陀螺定向原理
陀螺定向是一种利用陀螺仪原理实现方向控制的技术。
陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量方向的仪器，通过陀螺仪的作用，可以实现飞行器、船舶、导弹等的定向控制。
本文将介绍陀螺定向的原理及其应用。
陀螺效应是指陀螺在运动时会保持自身方向不变的物理现象。
利用这一原理，可以制造出陀螺仪来测量方向。
陀螺仪通常由陀螺转子、支承结构和检测器组成。
当陀螺转子受到外力作用时，会产生陀螺效应，使得陀螺转子的方向保持不变。
检测器可以测量陀螺转子的方向，从而得到所需的方向信息。
在陀螺定向中，陀螺仪通常安装在需要进行定向控制的飞行器或船舶上。
通过测量陀螺仪的输出，可以得到飞行器或船舶的当前方向，从而实现定向控制。
陀螺定向具有响应速度快、精度高的特点，适用于各种复杂的环境下。
陀螺定向的应用非常广泛，其中包括航空航天、船舶、导弹等领域。
在航空航天领域，陀螺定向被广泛应用于飞行器的姿态控制和导航系统中。
在船舶领域，陀螺定向可以帮助船舶实现精准的航行。
在导弹领域，陀螺定向可以帮助导弹实现精确的飞行轨迹。
总的来说，陀螺定向是一种利用陀螺仪原理实现方向控制的技术。
通过测量陀螺仪的输出，可以得到飞行器或船舶的当前方向，从而实现定向控制。
陀螺定向具有响应速度快、精度高的特点，适用于各种复杂的环境下。
在航空航天、船舶、导弹等领域有着广泛的应用前景。
陀螺经纬仪定向实习报告
实习报告：陀螺经纬仪定向实习一、实习目的与要求本次实习旨在了解陀螺经纬仪的定向原理，熟悉陀螺经纬仪的结构及使用方法，掌握陀螺经纬仪定向的基本操作和数据处理方法。
实习要求如下：1. 了解陀螺经纬仪的定向原理和结构特点；2. 学会使用陀螺经纬仪进行定向测量；3. 掌握陀螺经纬仪定向数据的精确处理方法；4. 能够对陀螺经纬仪的稳定性进行初步评价。
二、实习时间与地点实习时间：2021年xx月xx日实习地点：xx学院实验实习基地三、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，指导老师为我们讲解了陀螺经纬仪的基本原理、结构和使用方法，并强调了实习过程中的安全注意事项。
我们认真听讲，并记录了关键知识点。
2. 实习操作根据实习指导书，我们分组进行了陀螺经纬仪的定向操作。
实习过程中，我们严格遵循操作规程，确保了数据的准确性。
（1）陀螺仪悬挂与零位观测首先，我们将陀螺仪悬挂在三脚架上，调整至水平状态。
然后，进行零位观测，确保陀螺仪的零位误差在允许范围内。
（2）陀螺仪定向测量利用逆转点法和中天法进行陀螺仪的定向测量。
我们首先确定起始方向，然后按照测回法观测水平角。
在观测过程中，我们严格控制对中误差和整平误差，确保了测量数据的可靠性。
（3）数据处理根据测回法观测到的水平角数据，我们计算了各测回角的平均值，并进行了误差分析。
同时，我们还计算了测站坐标方位角，为后续测量工作提供了依据。
3. 实习成果与分析通过实习，我们掌握了陀螺经纬仪的定向操作方法，了解了陀螺经纬仪在实际测量中的应用。
同时，我们学会了如何处理陀螺经纬仪测量数据，并对测量结果进行了分析。
四、实习心得与体会通过本次实习，我们对陀螺经纬仪的定向原理和操作方法有了更深入的了解。
实习过程中，我们学会了如何应对各种实际问题，提高了自己的动手能力。
同时，我们也认识到了陀螺经纬仪在测量工作中的重要性，为今后从事相关领域的工作奠定了基础。
总之，本次实习使我们受益匪浅。
在今后的学习和工作中，我们将继续努力提高自己的专业技能，为我国测量事业贡献自己的力量。
实验九 陀螺经纬仪的认识与定向测量
实验九、陀螺经纬仪的认识与定向测量
1、实验目的
陀螺仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器。
通过实验了解和掌握陀螺仪的构造、测量原理和应用。
2、性质：实践性教学环节。
3、要求：掌握陀螺经纬仪的观测步骤、方法；变形测量等级；每小组成员合作完成沉降监测、每人独立计算成果；监测网稳定性分析利用其他时间完成（见附题）。
4、时间：课堂2个学时，室外实习2个学时。
其中老师辅导性讲解、学生实际操作2个学时。
5、实习小组与地点：学生4～5人一个小组，对花园学校某高层建筑物如综合实验楼、图书馆、教学楼等上布置的沉降点进行沉降观测。
6、实习内容：根据下沉广场某点作为测站，周围附近某一知为待定方向点，进行两期沉降观测。
周期间隔可为两周或根据本课程进度安排。
两期观测完毕进行沉降值推算并填入监测点沉降表格，进行沉降分析。
7、每组工具：精密陀螺仪1台；电脑1台（GIS机房）。
8、实习步骤
（1）外业观测－对某建筑物的沉降观测；
（2）高差、高程以及沉降值的推算；
（3）图表表示与变形分析。
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2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.3 陀螺仪的分类
陀螺经纬仪
上架式
全站式陀螺仪
上架式
全自动全站式陀螺仪
下架式
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.4 陀螺仪的基本结构
陀螺仪的结构
悬挂带
全站式陀螺仪是将陀螺仪安放 在全站仪之上而构成的，其中
陀螺
陀螺仪部分的基本结构如右 图。
分划板
目镜筒
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
4. 陀螺仪的基本结构
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
当陀螺仪在北纬某地设站，其主 轴无论是方位角（相对子午线） 和高度角（相对水平面）都不停 地发生变化。
由此可见，陀螺仪主轴在地球上 的视运动，不仅与纬度有关，还 与主轴与子午面及水平面之间的 夹角有关。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
1 定轴性 陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向；
2 进动性 陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应－“进动”。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
如右下图，左端为一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重。
（1）指向力矩MH
MH=HEcos sin
E- 地球自转角速度 - 测站地理纬度 - 陀螺主轴与子午面之间的
水平夹角（方位角角） H- 陀螺转子的动量矩(角动量)
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2. 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
综合前面所述，摆式陀螺仪围绕子午面左右摆动是重力矩和指向力矩 综合作用的结果。
随着地球自转，陀螺仪主轴X的高度角发生变化形成重力矩，使陀 螺 仪产生进动效应。
而地球的自转又使陀螺产生指向力矩，使陀螺仪的进动围绕子午面进 行。当陀螺仪主轴X越接近子午面，指向力矩越小，当X轴指向子午面 （即为零时），则指向力矩为零，但此时陀螺仪因惯性的作用以最 快的速度通过子午面。
当陀螺仪主轴X远离子午面时，相反方向的指向力矩使陀螺仪的进 动 速度慢慢降低，直至达到平衡点而停止。
然后，在指向力矩的作用下，陀螺仪主轴X又向子午面方向运行， 周 而复始，使陀螺仪围绕子午面（真北方向）做摆式运动，实现了 真北 定向的目的。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
内容目录
陀螺仪的特性 陀螺仪的定向原理 陀螺仪的分类 陀螺仪的基本结构 陀螺仪的操作 陀螺仪定向作业流程
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.1 陀螺仪的定轴性、进动性
陀螺仪是根据自由陀螺(在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪) 的原理制造而成的。 自由陀螺仪具有以下两个基本特性：定轴性、进动性。
2.2 陀螺仪定向原理－地球自转
地球以角速度ω E(ω E=1周/昼夜 =7.25×10-5rad/s)绕其自转轴旋 转，故地球上的一切东西都随着 地球转动。如从宇宙空间来看地 轴北端，地球是在作逆时针方向 旋转，其旋转角速度的矢量ω E沿 其自转轴指向北端。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
1. 方位角的定义与测量方法
1.2 不同方位角的测量方法
陀螺仪 GPS RTK GPS 静态 后视定向 天文观测 指北针
方位角 真北
坐标北 坐标北 坐标北
真北 磁北
环境要求 天气要求
无
无
有
无
有
无
有
有
有
有
无
无
精度 好 低 好 好 好 低
速度 快 快 慢 快 慢 快
已知点 不需要
需要 需要 需要 不需要 不需要
全站式陀螺仪的组成 （1）全站仪 （2）陀螺仪 （3）逆变器 （4）电池 （5）电源电缆
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
5. 全站仪陀螺仪的操作
基本操作流程
锁紧螺旋 完全锁紧
开机
观测
锁紧螺旋 完全锁紧
关机
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
5. 全站仪陀螺仪的操作
当调节悬重的位置使杠杆水平时，可以看到陀螺转动后，其轴线的 方 向 始终保持不变，即可验证定轴性。
当将悬重向左移动一小ຫໍສະໝຸດ 距离，即相当于陀螺轴受到一个向下的作
用 力时，陀螺转动后，杠杆将保持水平，但将在水平面上作逆时针
方向 的转动；
同理，将悬重右移一小段距离，即陀螺轴
受到一个向上的作用力时，陀螺转动后，
陀螺仪定向原理 与索佳GPX介绍
目录
方位角定义与测量方法 陀螺仪定向原理与使用 索佳GPxX系列全站式陀螺仪特点简介
1. 方位角的定义与测量方法
1. 真北、磁北和坐标北
方位角（azimuth）是指从某一点的指北方向线算起，按顺时针方 向至某目标点的方向线之间的水平夹角。 从真子午线算起的称之为“真方位角”； 从磁子午线算起的称之为“磁方位角”； 从坐标系中的纵线算起的称之为“坐标方位角”。
杠杆仍保持水平，但将在水平面上作顺时
针方向的转动，这样即可验证自由陀螺仪
的进动性。
陀螺仪
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－钟摆式陀螺
目前常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自由度的钟摆 式 陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和进动性两个基本特性， 并考 虑到陀螺仪对地球自转的相对运动，使陀螺轴在测站子午线附近 作简谐 摆动的原理而制成的。
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
（1）重力矩MP
MP=Plsin
重力矩进动角速度P
P=Plsin/H
l- 陀螺悬挂点O至重心O´之间的 长度
P- 陀螺灵敏部的重量 - 陀螺主轴与地平面之间的夹角
（高度角）
H- 陀螺转子的动量矩（角动量）
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动