寻真北：JG91—200型陀螺经纬仪

崔忠旺+徐永强

JG91-200型陀螺经纬仪是一款精密的测量仪器，主要用于确定真北方向，测量目标的方向角、高低角，为炮兵提供射击诸元。其特点是定向及测角精确，使用方便，不受地理环境、外界磁场的影响，抗风性能好，可全天候作业。

该陀螺经纬仪总质量25kg（不含充电机），其中的陀螺仪、经纬仪平时分装在两个包装箱内。陀螺仪包装箱内装陀螺仪、控制器、电池组等，总质量12kg，外形尺寸415×340×230mm。经纬仪包装箱内装经纬仪、定向磁针器及各种附件，总质量8kg，外形尺寸415×240×230mm。三脚架没有包装箱，其质量5kg。陀螺仪用于确定真北方向，定向误差小于40"；经纬仪用于测量目标的方向与高低角，其测量方向角的误差小于6"，测量高低角的误差小于9"。

结构精密复杂

全套仪器由陀螺仪、经纬仪、控制器、三脚架、电池组、充电机及附件等组成。

陀螺仪

陀螺仪具有导航、平衡、指北等特性，JG91-200型陀螺经纬仪配用的陀螺仪主要是利用其指北性来确定真北方向，再利用经纬仪测定出真北方向至目标方向的夹角。

在此要说明的是，陀螺仪与罗盘、指北针确定北向有所不同。罗盘、指北针是利用地球磁场来指向地磁北极，经常受到测量地点附近磁性矿物的干扰，并且因为地磁北极与地理北极并不重合，故罗盘、指北针确定的地磁北向与地理的北向有较大偏差；而陀螺仪确定的真北方向，是地理北极的方向，并且陀螺仪确定真北方向的原理过程，与地球磁场无关。

陀螺仪主要由壳体、陀螺转子、陀螺电机、控制电路、光电传感器、控制器及电池组等组成。

壳体 壳体上端设有垂直轴，垂直轴下端设有螺纹。不使用陀螺仪时，应通过螺纹拧上保护罩，将陀螺仪放置在包装箱内；使用陀螺仪时，旋下保护罩，以便将经纬仪安装在陀螺仪上方。垂直轴上端设有反光镜，用于在陀螺仪上方安装经纬仪时确定这两个仪器的相对位置。

壳体上部外表面设有两层凸台。下层的凸台用于安装三脚架，以固定陀螺仪的位置。上层凸台的表面刻有黑色刻度标线及红色“N”标记。“N”代表英文north的首字母，即北方之意。“N”标记所在的上层凸台不能转动，而上层凸台内侧的平台可以转动，该平台上设有红色小箭头标记，当用陀螺仪粗略确定北向时，将用到此标记。粗略确定北向的过程详见本文操作步骤部分。

壳体下部设有限幅旋钮和电缆插孔。限幅旋钮用于锁定陀螺转子等部件，电缆插孔用于插入与控制器连接的电缆。

壳体表面下部标有“关闭电机及移动仪器前，必须锁紧陀螺！”醒目字样。因为陀螺仪是精密仪器，在不使用陀螺仪时，必须及时将限幅旋钮旋紧，使陀螺转子等部件处于锁定状态，以避免不必要的磨损；使用时则打开限幅旋钮。

陀螺转子 陀螺转子设在陀螺仪壳体内部，陀螺转子不仅自转，同时也作有规律的摆动运动。

陀螺电机及控制电路 陀螺电机设在陀螺转子的下方，用于驱动陀螺转子。控制电路内设有检测电极，用于控制陀螺转子的振动速度及振幅。

光电传感器 光电传感器设在壳体内部的侧壁上，可将陀螺的摆动状态变成电信号输给外部的控制器进行显示和运算，当陀螺摆动一个周期时，控制器即可计算出真北方向值。

控制器及电池组 控制器面板左侧上部设有开关、电源插孔、陀螺仪插孔，下部设有显示窗；右侧设有诸多触摸键，包括电机、寻北、清除、确认以及0～9数字键。使用控制器时，需用1根专用电缆将外部的20GNY-1800电池组插孔与控制器面板上的电源插孔相连，另1根专用电缆将控制器面板上的陀螺仪插孔与陀螺仪下部的电缆插孔相连。显示窗可显示陀螺仪摆动的速度和方向值。

经纬仪

经纬仪主要由照准部、基座及三角座组成。

照准部 照准部位于基座上方，两者不可拆卸。照准部可绕基座的中心竖轴旋转。

照准部主要由望远镜、显示镜、照明反光镜、自准直镜、磁针座、二芯插孔、电池盒、电源开关、水准器、左/右支臂及横轴等组成。

望远镜的放大倍率为25倍，其与显示镜呈并列设置，并且两者的目镜设置距离较近，使用者通过望远镜瞄准目标后，只要稍稍移动头部，即可从显示镜内读取方向角值和高低角值。这是因为显示镜内部设有分划板，并且仪器内部的各种棱镜可将位于左支臂内侧的高低刻度盘和位于基座内的方向刻度盘成像在显示镜分划板上，使用者可直接读取目标的高低角值和方向角值。endprint

望远镜和显示镜的中部固定在横轴上，两者可同时绕横轴任意旋转，以便测量目标的高低角。

望远镜的上部设有机械瞄具，其中，准星设在物镜上方，照门设在目镜上方，准星及照门后方均设有荧光点，便于在光线昏暗时使用。该机械瞄具的作用是对目标进行粗略瞄准。

照明反光镜设在左支臂外侧下部。在白天无需照明时，可将照明反光镜向上旋转，扣合在左支臂外侧。需要照明时，则将照明反光镜向下旋转一定角度，以使自然界的光线经照明反光镜反射到高低/方向刻度盘上，使显示镜的视场获得均匀而足够的照明。

照准部前方右侧设有望远镜制动旋钮和望远镜垂直微动旋钮，望远镜制动旋钮可将望远镜锁紧，使其不能绕横轴大幅度转动。此时转动望远镜垂直微动旋钮，望远镜可绕横轴微微转动，以准确测量目标的高低角。

磁针座设在左支臂外侧上部，其上制有凹槽，用于插入定向磁针器右侧的突起。当定向磁针器安装到位后，旋紧其左侧的固定旋钮，将定向磁针器固定。然后按压其上部的按钮，定向磁针器内的磁针即解脱锁定，此时可转动经纬仪的照准部，同时观察磁针器管孔内的两个磁针影像位置，直至影像对正，即完成望远镜轴向的粗定北工作。

二芯插孔位于左支臂后部，夜晚使用电源照明时，将照明器电缆的插头插入二芯插孔内，打开照明器电源开关，显微镜的视场即得到照明。二芯插孔也可插入充电机电缆插头，为设在右支臂内部的电池盒充电。

水准器设在照准部的下部后方，用于在三脚架上安装经纬仪时调平照准部，其主要由气泡窗、气泡及水准器校正旋钮组成。

基座 基座内部中心向上方伸出一根钢轴，钢轴的上端设有一圈钢珠，支承着照准部，故照准部可在基座上顺畅转动。钢轴内部是空心的，用于将经纬仪安装在陀螺仪上方时，将陀螺仪上部的垂直轴插入其中。

基座外部安装有方向刻度盘归零旋钮、方向制动旋钮、方向微动旋钮。

方向刻度盘归零旋钮用于将刻度盘的读数归零，其内侧设有锁定片，该锁定片起到保险的作用。例如：若将方向刻度盘的读数设为零度，首先要用右手的中指向下按压锁定片，与此同时用拇指向里推方向刻度盘归零旋钮，然后松开中指，使锁定片抬起，这时仪器内部的齿轮相互啮合，旋转方向刻度盘归零旋钮，方向刻度盘的读数即设为零度。随后，再用中指按压锁定片，方向刻度盘归零旋钮轻轻弹回，重新呈锁定状态。如果不按压锁定片，方向刻度盘归零旋钮不能向里推动，更无法旋转，以避免意外碰触方向刻度盘归零旋钮而造成读数变化。

方向制动旋钮旋紧时，照准部在基座上不能大幅度转动。此时可旋转方向微动旋钮，照准部可在基座上微微转动，以实现对目标的精确瞄准。

基座下部设有配装突起和3根不锈钢圆柱。配装突起用于与陀螺仪上部的凹槽配合，3根圆柱可分别插入三角座上的3个圆孔内，使两者连接。

三角座 三角座因其外侧延伸出3个外形类似三角形的座盘而得名。其顶面的一角设有圆形水准器，用于将三角座安装在三脚架上时，调平三角座。三角座的外侧设有对中镜，用于将三角座安装在三脚架上时，观察三角座是否位于三脚架的中心位置。

三脚架

三脚架由铝合金制成，主要由架腿、驻锄、托盘及背带组成。

3条架腿均为伸缩式结构，每条架腿上部外侧都设有锁紧扳手，松开锁紧扳手，可调整架腿的长度，然后再锁紧。驻锄外观呈黑色，其上设有脚蹬，在松软土地处架设三脚架时，可用脚踩住脚蹬，将驻锄压入土壤中，以稳固三脚架。托盘位于架腿上端。托盘的下部设有挂钩，用于地面上架设三脚架时钩挂铅锤的悬挂线，以确定三脚架的精确布设位置。托盘的边缘均布有3个旋钮，每个旋钮上都设有卡笋，用于压紧陀螺仪。

操作步骤需严格

测量诸元才精确

陀螺经纬仪的操作步骤需严格按照架设与连接、调平与对准、粗定向、自动寻北测量、停机、望远镜对北、测目标角等步骤进行。

架设与连接

首先将三脚架架初步设置在所需位置，将铅锤的悬挂线钩挂在三脚架的挂钩上，保持铅锤静止，然后移动三脚架，将架设位置精确对准。从包装箱内取出陀螺仪，将其安装在三脚架上，其凸台上带“N”标记处大致对准北部方向，然后旋下陀螺仪竖直轴的保护罩。将经纬仪从包装箱内取出，卸下其底部的三角座，将经纬仪安装在陀螺仪上。安装时，必须将经纬仪下方的突起与陀螺仪上的凹槽相对应，才能装配到位。转动三脚架托盘上的旋钮卡笋，将陀螺仪卡紧。然后连接各种电缆。

需要说明的是，也可仅在三脚架上安装经纬仪，不安装陀螺仪，此时只能测定目标与参照物之间的方位角和高低角，不能测定真北方向，并且经纬仪底部的三角座不取下。

调平与归零

调整陀螺仪凸台边缘的调平旋钮，使经纬仪上水准器内的气泡居中。打开经纬仪电源开关，在自准直镜视场内看到水平的两条刻线，转动照准部，当陀螺仪垂直轴上的反光镜反射的一条亮线进入视场时就停止转动，拧紧经纬仪左侧的方向制紧旋钮，转动方向微动旋钮，使亮线处于两条水平刻线中间，此时已调整好经纬仪与陀螺仪的相对位置。再将方向刻度盘读数用刻度盘归零旋钮调到零刻线处，随即关闭电源。

磁针器粗定向

将磁针器安装在经纬仪左侧的磁针座上，按压其上部的按钮，转动照准部，同时观察磁针器管孔内的两个磁针影像，当两个磁针影像重合时，望远镜轴向即为磁北方向。

磁针器用毕后，松开按钮，取下装箱。

陀螺仪粗定向

在不宜使用磁针的环境中可用陀螺仪粗定向。首先打开控制器上的电源开关，控制器显示窗显示初始界面电池电压值、陀螺电机状态标志（显示窗右上角的小三角静止不动）等信号。按动控制器面板上的“电机”键，再按动“确认”键，电机启动，当电机转速稳定后，控制器发出两声长音提示，同时显示窗上的小三角开始转动。按动“寻北”键进入寻北测量功能，此时需要按数字键及“确认”键输入测量次数，不输入数字键而直接按“确认”键则测量次数默认为6次。

松开振幅旋钮，陀螺转子的摆动速度值和方向可从控制器显示窗看到，向东摆动显示“+”，向西摆动显示“-”。转动照准部进行跟踪，当陀螺摆动至回转点时，记下陀螺仪凸台上小红箭头对准的刻度值；转动照准部反方向继续跟踪，同样可得到另一个回转点的刻度值，至此可拧紧振幅旋钮，锁定陀螺转子，计算出两刻度值的平均值，转动照准部，将凸台上小红箭头对准刻度盘上平均值的位置，望远镜则近似地指向北方。例如：第一个回转点的刻度值为-5.3°，第二个回转点的刻度值为8.7°，两者的平均值为1.7°，应将小红箭头对准1.7°。

自动寻北测量

陀螺仪及其控制器可在粗定向的基础上进行自动寻北测量。完成测量次数输入后，按控制器面板上的“确认”键进行粗北角度值输入状态，按数字键及“确认”键输入粗北角度值，不输入数字键直接按“确认”键则默认粗北角度值为0°。再进行测量方式及摆幅大小的设定，在限幅状态下从显示窗上观察陀螺的摆动，正常后按“确认”键，显示窗显示“BUSY”，此时进入自动测量状态。当控制器发出两声长音提示时表示寻北测量结束，控制器显示窗显示寻北测量角度值。

停机

寻北测量结束后，必须旋动陀螺仪振幅旋钮，锁紧陀螺转子。按控制器面板上的“电机”键，再按“确认”键，当陀螺电机基本停止时控制器发出两声长音提示，显示窗右上角的小三角停止转动，然后才能关闭电源开关，以避免对仪器造成损坏。

望远镜对北

转动经纬仪的方向微动旋钮，使经纬仪方向刻度盘的指示线移动到控制器显示窗显示的寻北测量角度值，此时望远镜轴向就是真北方向。

测目标的方位角

望远镜对北后，若此时将方向刻度盘的刻度线调到零度位置，可旋转照准部瞄准目标，其方向刻度盘上的指标线对应的刻度就是被测目标的方位角。

测目标的高低角

测量目标高低角的方法比较简单，不需用陀螺仪，直接使用经纬仪的望远镜及显微镜即可。测量时，松开照准部方向制紧旋钮和望远镜制紧旋钮，用望远镜上的机械瞄具粗略瞄准目标，旋紧照准部方向制紧旋钮和望远镜制紧旋钮，用望远镜分划板的水平刻线瞄准目标，即可在显微镜中读取高低角值。

测目标的距离

测量目标的距离时，可用望远镜分划板的刻线进行。但陀螺经纬仪测量目标的距离误差较大，因为该仪器的主要用途是寻真北，测量方位角和高低角。需要测量目标距离时，通常采用测距机进行精确测量。endprint