阳光数字指南仪-星光数字指北仪是一种应用于移动载体(各类车、船)上测定地球正南向或正北向的新装置，本装置由仪器结构和电控部分所组成。其测向的原理为：由阳光或星光接收器接收光信号，并照射在光传感器上，再由光传感器将光信号转换成电信号，并输出给控制器，经前置放大、A/D转换、数据处理和计算后，便显示出当前某一时刻的方位角。如果载体位置发生变化，控制器会自动搜寻、跟踪太阳或星星，并得到新的方位角数据，而此方位角就代表移动载体，在新的位置状态下，对正南或正北向的偏角。本方法的特点是不受磁场和磁性物质的干扰、测向精度高、成本低、可实现航向的自动化操作。
1.一种阳光数字指南仪-星光数字指北仪，它是由仪器的机械结构部分和电控部分共同组成，包括：方位传动系统、水平传动系统、俯仰传动系统、支承部件、仪器外罩、阳光信号传感器、星光信号传感器、单片机、数字显示器、GPS信号、时钟芯片、电源及各种线路板，由阳光信号传感器或星光信传感器接收到的光信号，转换成以电信号形式输出给控制器，经信号放大、A/D转换、数字处理、软件计算后，再由单片机分别向水平、俯仰、方位三个驱动系统发出动作指令，使阳光信号传感器或星光信号传感器达到要求的位置状态，即光班落在允许的误差范围之内，此时单片机根据GPS提供的经纬度数据和时钟芯片提供的时间数据计算出此时此地的方位角，并在显示器上显示出方位角度，而且同时以箭头形式，指示出正南或正北的方向。
2.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：阳光信号传感器由阳光收集器和阳光信号发生器组成，而阳光收集器由双分离物镜或其它聚光镜所组成的光路系统，阳光信号发生器由硅光伏探测器及其电路组成；星光信号传感器由物镜、目镜、转象镜所组成的星光收集器，由摄象头及其电路所构成星光信号发生器所组成。
3.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：仪器结构有三根传动轴：方位轴垂直于地面，水平轴与方位轴垂直且在同一铅垂面内，俯仰轴在水平轴的上方且与方位轴的轴线相垂直，所构成的铅垂面与前者铅垂面互相垂直且相交。
4.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：在俯仰轴的两端，对称、平衡地安装着阳光信号传感器和星光信号传感器，前者白天对准太阳，用来测出正南的方向；后者夜晚对准北极星，用来测出正北的方向。
5.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：方位、水平、俯仰传动系统都分别由直流电机、传动机构、光电开关和码盘组成。
6.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：仪器的结构部分用外罩封装住，罩的上半部为透光材料，可让阳光和星光穿过，外罩即可防风沙，又可防雨淋。
7.根据权利要求1所叙述的阳光数字指南仪-星光数字指北仪，其特征是：连接在仪器结构上的多根电缆器是从方位轴的轴心穿出到外面，再与置于室内的控制相连。
阳光数字指南仪—星光数字指北仪
[0001] 本发明为应用于移动载体(各类车、船)上的一种测定地球正南向或正北向的一种新装置，特别是用来指示各类船舶船首向的方向。
[0002] 不论是古代还是现代，在海上航行用来指示方向的仪器，基本上都是以地磁场感应的原理而制成的。这类仪器都是在我国古代人民发明的“指南针”的基础上改进而成。如：磁针液浮式磁罗径、带复式装置的磁罗径、校正测量式磁罗径等，前者为我国大多数船支所采用，这类罗径受磁场影响大，测量误差大，一般在2°以上，有时甚至高达10°以上，使用校差很麻烦，且异纬度自差不能校正，而且也不能进行自动化操舵。
[0003] (背景技术)：
[0004] 对于一些要求较高的大型舰船，它们采用陀螺罗径、陀螺找北仪等航向仪器，这类仪器的精度可达到1°～2°，但结构复杂，造价昂贵，启动使用时间长，保养不便，且易损坏，所以必须配备磁罗径作为备用。
[0005] 上述几种测向仪器的致命弱点是受磁场影响大，这将限制了它们在特定场合、特定情况、特定要求下的使用效果，例如在战争情况下，敌方干扰磁场，这将会使测向仪器产生很大误差，甚至失灵，又如当船支驶向有地矿的海域时，也会对仪器的精度产生影响。在我国青岛附近海域，就存在一个异磁区，在此区域，磁罗径指示的数据就不正 常。此外，对于一些有精度要求的场合，它们也无法得到应用，由于受磁场或磁性物质的影响，使它们测出的数据会产生很大的误差，必须要时常进行校差或标定，而这样的工作必须要有专门机构及专业人员来进行，这势必给使用者带来不便。
[0006] 针对上述缺点，我们提出了一种全新的测向装置，它不受磁场干扰，具有较高的测量精度，可以达到0.1°～0.05°，甚至可以再提高，而且测量可靠、迅速、方便，价格相对低廉，根据不同的使用要求，可以分为手动、电动、自动三种型式，可以与自动操舵仪连接，形成自动导航、自动操舵系统，能满足一些特定用户的需求，在军事上也有用武之地。 [0007] (发明内容)：
[0008] 本发明采用以下技术方案来实现：整台仪器由图1机械结构部分和图2电路控制部分组成，它测向的原理和方法是：由阳光信号传感器或星光信号传感器将接收到的太阳光信号或北极星光的信号转换成电信号后输出给控制器，由控制器进行前置放大，A/D转换、数据处理、软件计算后，单片机再作出决定，分别向水平、俯仰、方位三个驱动系统发出命令，使三个电机同时使执行机构运动，使阳光收集器或星光收集器运动到要求的位置，即光班落在硅光伏探测器的中间位置，此时单片机根据GPS提供的经纬度数据和由时钟芯片提供的时区标准时间计算出此时此地的太阳方位角(或北极星的方位角)，从而可算出移动载体对正南方的偏角(或对正北方的偏角)，并在显示器上显示，与此同时阳光收集器还可以自动转向对准正南方，直观地表示出载体的准确的航行方向，当移动载体的方向改变时，阳光收集器将自动跟踪对准太阳，并且能随时显示出对正南方的偏角。 [0009] 本发明的最主要特点是不受磁场或磁性物质的干扰，不需要经常校差或标定，测向精度高，可达0.1°～0.05°，而且测量方便、迅速、直观、可靠，不易损坏或失灵，成本相对低廉，并可实现载体航向的自动化操作，对于一些有特殊要求的用户，可以说是一项较理想的测向产品，它在军事上也有实用价值。
[0010] 下面结合附图和实例对本发明作更详细的说明：
[0011] (附图说明)：
[0012] 图1，是仪器总体结构示意图，各序号说明如下：1、支承部件；2、方位传动系统部件；3、外罩下部；4、水平传动系统部件；5、星光信号传感器(由物镜、目镜、转象镜所组成的天文光学导星镜系统，如果接入摄象头器件便构成光电自动导星系统)；6、俯仰传动系统部件；7、外置上部；8、阳光信号发生器(由硅光伏探测器及其电路组成)；9、阳光信号收集器(由双胶合物镜或其它聚光镜所构成的光学系统)。
[0013] 图2，是直流电机控制器电路框图：各序号说明如下：1、阳光信号传感器(由阳光收集器和阳光信号发生器所构成)和星光信号传感器；2、信号放大电路；3、模拟信号A/D转换；4、单片机；5、电源；6、GPS信号向单片机随时提供测地点的经纬及数据；7、PC机，通过RS232串口可以与PC机进行通讯；8、移动显示器，显示出载体对正南方的偏角数据可以移到操舵时或操盘时供驾驶人员直接观看；9、时钟芯片，向单片机提供测点的时区标准时间；10、固定显示器，在控制上随时显示出方位角；11、水平驱动及记数系统(由直流电机和光电码盘组成)；12、俯仰驱动及记数系统(由直流电机和光电码盘组成)；13、方位驱动及记数系统(由直流电机和光电码 盘组成)。序号1、11、12、13的硬件部份是装在仪器结构部位上，而仪器结构与控制器之间由多根电缆线连接成一个整体，以实现光电信号的传输和控制。(具体实施方式)：
[0014] 实施例：见图2，在舰船上使用，首次安装指南仪时，必须使指南仪的基线与舰船的首向线一致，在海上航行，船的方位和倾斜度都会时刻在变化，为了准确地测出航向，指南仪必须使仪器置平，单片机(4)命令水平驱动系统(11)中的电机转动，使仪器处于水平状态，同时单片机又根据GPS(6)及时钟芯片(9)提供的数据算出此时此地的太阳俯仰角和方位角，在程序的运作下，俯仰和方向驱动系统(12)、(13)中的电机也同时转动，指南仪根据有关参数搜寻太阳(可以自动或手动)，直到太阳的光班落在阳光信号传感器(1)中的硅光伏探测器的正中位置，当误差达到允许值时，此时在显示器(8)与(10)上显示出太阳的仰角和方位角，与此同时，阳光信号传感器(1)还可以转向正南方，以直观地表示出舰船相对于正南方的偏离方向。当航向改变时，阳光收集器能自动跟踪对准太阳，并可间断或连续地显示出对正南方向的偏角及方位角，以指示舰船按要求的方向前进。
[0015] 在夜晚，可以通过星光信号传感器(1)搜寻对准北极星，由单片机(4)通过GPS(6)及时钟芯片(9)提供的经纬度及标准时间数据计算出此时此地的北极星高度和方位，并在显示器(8)与(10)上显示出舰船首向的方位角。同样可通过星光信号传感器(1)中的摄象头器件实现对舰船的自动跟踪，从而可随时在显示器(8)与(10)上显示出船首向对正北方向的偏角。
