2018年11月28日

人们常用“忙得找不到北了”来形容忙得晕头转向,没有头绪。有意思的是,人们为什么不说“找不到东”或者“找不到西”呢?难道北有什么特定含义吗?确实是这样,过去人类就用北极星来确定方向,找不到北就意味着迷失了方向。


我们日常生活中说的“北”是一种粗略的说法。在地理信息领域,北一般可分为磁北和真北两种,磁北是指地球磁场中的“北”,而真北指的是地球经纬圈中的“北”。


在现代工程测量中,多以真北作为确定方位的基准。因此,人们用了很多不同的方法去寻找“北”这个小家伙,比如天文寻北、地磁寻北、惯性寻北,以及电磁寻北等。


陀螺罗盘的发明意义重大,它不但满足了当时舰船导航的需求,而且推动了陀螺仪理论的发展,陀螺经纬仪和捷联式陀螺寻北仪相继问世。陀螺仪为什么可以寻北呢?这就涉及到寻北仪的两种寻北原理。


动力学寻北,是指利用陀螺仪自转与地球自转之间相互影响的动力学效应进行寻北,如陀螺罗盘和陀螺经纬仪。运动学寻北,是指通过陀螺仪测量地球自转角速度的水平分量进行寻北,捷联式陀螺寻北仪即属于此类。


捷联式寻北仪需要“先调平,后寻北”。然而,调平往往费时费力,特别是大型车载平台的高精度、快速调平颇为困难。如果寻北仪能够在倾斜状态下直接寻北,就彻底解决了调平带来的问题。这就是研制全姿态寻北仪的出发点。所谓 “全姿态寻北”是指能在各种倾斜状态下寻北。它的意义不仅在于能够在倾斜状态下精确寻北,更重要的是对系统瞄准和测量方法带来的变化。正因为如此,“全姿态寻北”将会成为军事领域寻北定向的发展方向之一。


陀螺寻北方法不需天文观测,不依赖于地磁场,不受铁质材料干扰,且确定的是大地真北,其自主性、全天候的特点在军事领域具有重要意义。


纵观寻北,它是看似简单但内容丰富的问题,涉及到了力学、光学以及电磁学等多个物理学分支,是科学原理、工程智慧与创造力的完美结合。它既穿越历史,又面向未来,因为寻找方向是人类永恒的课题。


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