测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理与方法介绍
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理
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
陀螺经纬仪定向原理
Ⅲ Ⅱ
Ⅵ α1 Ⅰθ0
图7 陀螺仪轴对子午面的相对运动示意图
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• 假设开始时陀螺仪轴正端向东偏离子午面α1角， 位于Ⅰ点，并位于过O点的水平面内，即θ＝0， 一般称这个位置为陀螺仪轴的初始位置。但由于 地球自转有效分量ω3的作用，过O点水平面的东 半部将要不断下降，西半部不断上升。根据陀螺 定轴性的特点，陀螺仪x轴正端将相对于水平面抬 高而出现仰角。这就产生作用于灵敏部上的重力 矩。此重力矩便引起陀螺仪轴向西进动，力图使x 轴回到子午面内。但此时重力矩很小，进动角速 度ωP小于地球自转角速度分量ω2，即ωP＜ω2， 因此x轴仍继续相对于子午面向东偏离，同时对于 水平面的倾角也继续增大，一直到x轴相对于水平 面的仰角为θ0，即到达Ⅱ点时，进动角速度ωP与 ω2大小相等，方向相同，此时x轴不再向东运动。
• 20世纪60年代，在矿用陀螺罗盘仪的基础上发展 成陀螺经纬仪，其中较大的改进是利用金属悬挂 带把陀螺灵敏部置于空气中。20世纪70年代，发 展成将陀螺仪用专用桥式支架跨放、连接在经纬 仪支架上，称为上架式陀螺经纬仪。
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二、自由陀螺仪的特性
• 没有任何外力作用，并具有三个自由度的陀螺仪 称为自由陀螺仪。图1为自由陀螺仪的模型及其原 理示意图。
• 为了说明钟摆式陀螺仪受到地球旋转角速度的影 响，把地球旋转分量ω1再分解成两个互相垂直的 分量ω3（沿y轴）和ω4（沿x轴）。
• 分量ω4表示地平面绕陀螺仪主轴旋转的角速度， 对陀螺仪轴在空间的方位没有影响。分量ω3表示 地平面绕y轴旋转的角速度，对陀螺仪轴x的进动 有影响，所以叫做地球自转有效分量。该分量使 陀螺仪轴发生高度的变化，向东的一端仰起（因 东半部地平面下降），向西的一端倾降。
陀螺经纬仪实习报告
一、实习背景陀螺经纬仪是一种高精度的测量仪器，广泛应用于地质勘探、工程测量、海洋测量等领域。
本次实习旨在使同学们了解陀螺经纬仪的原理、构造、使用方法及操作流程，提高同学们的实际操作能力。
二、实习目的1. 熟悉陀螺经纬仪的原理、构造及使用方法；2. 掌握陀螺经纬仪的操作流程及注意事项；3. 提高同学们的实际操作能力，为今后从事相关领域工作打下基础。
三、实习内容1. 陀螺经纬仪的原理及构造陀螺经纬仪是利用陀螺仪和经纬仪相结合的测量仪器，通过陀螺仪的稳定性实现方位角的测量，经纬仪则用于测量水平角。
陀螺经纬仪主要由以下几个部分组成：（1）陀螺仪：陀螺仪是陀螺经纬仪的核心部分，其主要功能是提供稳定的方位角。
（2）经纬仪：经纬仪用于测量水平角，是陀螺经纬仪的辅助部分。
（3）三脚架：三脚架用于支撑陀螺经纬仪，保证仪器在测量过程中稳定。
（4）棱镜：棱镜用于反射目标点发出的光线，使光线通过仪器进行测量。
2. 陀螺经纬仪的操作流程（1）安装：将陀螺经纬仪放置在三脚架上，调整三脚架的高度和稳定性。
（2）对中：将陀螺仪的轴心与测站点中心对齐，确保测量精度。
（3）整平：调整陀螺仪的倾斜角度，使仪器水平。
（4）瞄准：通过瞄准器瞄准目标点，使目标点位于瞄准器中心。
（5）观测：读取陀螺仪和经纬仪的读数，记录观测数据。
（6）计算：根据观测数据，计算目标点的方位角和水平角。
3. 注意事项（1）操作过程中要确保仪器稳定，避免因振动导致测量误差。
（2）对中和整平是保证测量精度的关键，要严格按照操作规程进行。
（3）观测时要保持瞄准器与目标点的距离适中，避免因距离过近导致瞄准误差。
（4）记录观测数据时，要确保数据的准确性，避免因记录错误导致计算误差。
四、实习心得通过本次实习，我对陀螺经纬仪有了更深入的了解，掌握了其原理、构造、使用方法及操作流程。
以下是我的一些心得体会：1. 陀螺经纬仪是一种高精度的测量仪器，在工程测量、地质勘探等领域具有广泛的应用。
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。
陀螺仪定位原理
陀螺仪定位原理
《陀螺仪定位原理》
陀螺仪是一种可以测量和维持物体角速度的仪器。
陀螺仪定位原理是一种基于陀螺仪技术的定位方法，可以精确测量物体的方向和位置。
陀螺仪基于的原理是由物体自身的旋转来测量空间中的方向和位置。
当陀螺仪放置在一个旋转的物体上时，它会感知到物体的角速度，即物体每单位时间内旋转的角度。
陀螺仪通过测量这个角速度来确保物体的方向和位置。
陀螺仪定位原理的关键在于陀螺仪的稳定性和精度。
它需要具备高精度的角速度测量能力，并且能够保持长时间的稳定运行。
通过采用精密的陀螺仪传感器和先进的算法，陀螺仪可以提供高精度的定位结果。
陀螺仪定位原理在航空、导航、航天等领域有广泛应用。
例如，在飞机导航中，陀螺仪被用来测量飞机的姿态和旋转。
通过将陀螺仪与其他定位系统（如GPS）结合使用，可以实现更加精确的飞行控制和导航。
陀螺仪定位原理的应用还可以扩展到其他领域，如虚拟现实技术中的头盔追踪和姿势感知。
通过将陀螺仪集成到设备中，可以实现更加真实和沉浸式的虚拟现实体验。
尽管陀螺仪定位原理具有许多优点，但也存在一些挑战和限制。
例如，由于陀螺仪测量的是角速度而非直接的位置信息，所以对于长时间运动或非线性运动的物体，陀螺仪可能会出现累积误差。
此外，陀螺仪还容易受到外界干扰，如震动和温度变化的影响。
总的来说，《陀螺仪定位原理》是一种基于陀螺仪技术的高精度定位方法。
它在航空、航天、导航和虚拟现实等领域有着广泛的应用。
尽管存在一些挑战，但随着陀螺仪技术的不断发展，陀螺仪定位原理将会有更加广泛的应用前景。
陀螺仪的定位原理
陀螺仪的定位原理
1陀螺仪定位原理
陀螺仪是一种可以直接检测物体3D轴向运动状态的传感器，原理是利用重力和磁力场的变化而计算物体的位置和角度的变化。
陀螺仪是一种利用磁力和重力两个场源之间的相互影响，来实现物体3D轴向运动状态检测的传感器，也称为空间位置和角度传感器。
首先，重力会影响陀螺仪的工作，陀螺仪会检测出重力在不同方向上的作用，从而将其转化成各种数字信号。
而磁力会在物体旋转时产生变化，使得磁场向量的方向也发生变化，从而检测物体的转动情况。
再比如，陀螺仪可以检测出物体绕轴向旋转的角速度，就类似于汽车转向器一样，汽车转向器可以检测汽车转向角速度，然后调节转向杆的位置，使车辆的行进方向保持一致。
由于陀螺仪可以检测物体旋转的角度，当merge到制定网络中时，例如经常被应用在空间定位系统中，给人以一种虚拟现实效果，可以大大提高系统运行处理的精度。
总之，陀螺仪是一种非常先进的，利用重力和磁力场的变化来测定物体3D轴向运动状态，提供精确动态信息，提升空间定位系统的性能和精度，从而被应用在诸多领域，例如机器人、自动导航系统和空间定位系统。
陀螺经纬仪定向实习报告
一、实习目的本次实习旨在使学生了解陀螺经纬仪定向的基本原理、操作方法及注意事项，提高学生实际操作能力，掌握陀螺经纬仪定向技术在工程测量中的应用。
二、实习时间与地点实习时间：2023年11月15日实习地点：XX工程测量实验室三、实习内容1. 陀螺经纬仪基本原理陀螺经纬仪是一种利用陀螺罗盘和经纬仪相结合的测量仪器，它能在地球自转的作用下，使陀螺轴精确地指示出真北方向，并在经纬仪水平度盘上读出该方向读数。
陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点。
2. 陀螺经纬仪操作方法（1）仪器组装：将陀螺仪、经纬仪、三脚架等部件组装成完整的陀螺经纬仪。
（2）仪器安置：将陀螺经纬仪安置在测站上，确保仪器稳定。
（3）对中：调整三脚架，使仪器中心与测站点重合。
（4）整平：调整仪器，使仪器水平。
（5）瞄准：瞄准目标点，调整瞄准器，确保瞄准准确。
（6）读数：读取经纬仪水平度盘上的读数。
（7）记录：将观测数据记录在实习报告上。
3. 陀螺经纬仪定向实验（1）实验目的：通过实验，掌握陀螺经纬仪定向操作方法，验证定向精度。
（2）实验步骤：1）在测站上安置陀螺经纬仪，进行对中和整平。
2）瞄准目标点，读取经纬仪水平度盘上的读数。
3）重复步骤2，进行多组观测。
4）计算定向方位角，并与理论值进行比较。
（3）实验结果与分析：通过实验，我们得到了以下结果：1）定向方位角平均值为X°Y′Z″，与理论值X°Y′Z″基本一致。
2）定向精度满足工程要求。
四、实习体会1. 陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点，在工程测量中具有广泛的应用前景。
2. 通过本次实习，我们掌握了陀螺经纬仪定向操作方法，提高了实际操作能力。
3. 在实习过程中，我们应注重以下几点：（1）仪器组装要规范，确保仪器性能。
（2）对中和整平要精确，提高定向精度。
（3）瞄准要准确，避免误差。
（4）记录要完整，便于后续数据处理。
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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。
方法
测定悬挂零位时，先将全站仪整平并固定照准部，下方 陀螺灵敏部（不启动马达），从读数目镜中观测灵敏部 的摆动，在分划板上连续读3个逆转点的读数，估读到 0.1格。
1.2 陀螺仪粗定向
在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进行粗 略定向，即把全站仪望远镜视准轴置于近似北方向。
粗略定向可由附件粗定向罗盘来完成，也可采用两点逆 转点法，四分之一周期法和摆幅法来完成。