寻北时间：180s~300s。
寻北精度：0.1°~0.3°（均方差）。
外形尺寸：120×120×130。
供电：DC24V±4V（产品额定电流≤500mA）。
工作方式：加电后开始自动寻北（或受机控制），发送寻北结果。
（6）环境要求：
工作温度：-40℃～+55℃；
存储温度：-55℃～+70℃；
海拔高度：在海拔4000m时能正常工作；
防潮、防盐雾、防腐蚀、防辐射等应符合GJB74A-1998的相关要求；
安全性等符合GJB74-1998的相关要求；
电磁兼容性等符合GJB1389A-2005的要求；
振动与跑车试验等符合GJB74A-1988的要求。
原理
寻北采用四位置寻北方法。第1位置定在0°，依次是90°、180°和270°位置。位置定位使用4个光电开关。在0°和270°之间设计止挡，防止陀螺360°转动，扭断线缆。
使用步进电机驱动小齿轮，经过传动比10：1的齿轮，驱动方位轴转动。
机箱由机座和上盖构成。机座上安装方位轴系、转台和步进电机等，插座安装在机座下部，机座底面作为水平安装基准面，侧面可以作为方位基准面。
软件设计算法考虑倾斜寻北。
功率分配：工作电压24V设计。正常电流0.5A，允许0.8A。光纤陀螺及控制电路消耗电流0.25A。步进电机耗电0.2A。合计0.45A，满足用户要求。
（1）微型一体化设计
? 小体积42.3 mm ×42.3 mm×16.4 mm （长×宽×高）
? 与电机一体化设计，亦可分立工作
? 全铝精铸外壳，坚固耐用，散热性能好
（2）电机驱动特性
? 宽电压输入12 ～40VDC
? 电流输出2A/4A/8A峰值可调相电流
? 微步1/2/4/8/16细分
? H桥双极恒流，在线可控脱机/使能
? 输入信号光电隔离
? 自动电流减半
? 整步频率12KHz；16细分频率200KHz
配套低温步进电机，主要参数：
驱动器选择16细分。相电流设置在1A。
工作温度：-40℃～+55℃；
存储温度：-50℃～+65℃；
工作电压：24V
工作电流：小于0.17A
启动电流：小于0.5A
加速度计算：
在0.25秒内，从0加速到100RPM，相当于40rad/s2的角加速度。台体转动惯量估计值0.0032kgm2，加速力矩为0.128Nm。该42步进电机的力矩为0.45Nm，完全满足要求。
驱动器不配编码器和旋转变压器，施行开环控制。另有位置指令，到位后，发出停止转动指令，步进电机立刻停止，不要出现惯性过冲。步进电机转速在200rpm以下，属于低速运行。停止后应留有必要的保持力矩。
启动和停止时，电流不应过大。
在位置1和位置4之间设置止挡，止挡的作用是避免360度连续旋转。在O位置和1位置之间增设1个光电开关，避免位置陷阱。
光电开关SG211V的参数设计
光电流与发射二极管电流成比例，光电流设计为1mA，对应IF=12mA。
经查暗电流（以70度）为0.0001mA，不予考虑。
5V电源，发射二极管压降1.2V，分压电阻330上压降5-1.2=3.8V，驱动电流设计约为12mA。
采样电阻设计为5.1k。
使用1只回转轴承，支撑旋转体及被测物体。空载启动摩擦力矩0.2Nm左右。
要求：转台承受的载荷不大于2kg。
方位旋转轴系包含大齿轮、支撑轴承等。安装在机座上，由步进电机和小齿轮驱动。
旋转系统必须配平，重心设计在轴上，避免偏摆影响。
设计0°刻度位置，作为方位基准。
上盖设计
上盖和机座采用铝材制造而成，上盖扣在机座上，形成组合件。组合件的盖子上设计有窗口，装亚克力片涂胶密封，加金属丝网，有盖板盖住此窗口。拨起盖板，通过此窗口能看见3位数码管显示的寻北值。盖板放下，靠重力作用，自然下垂盖住窗口。
电气设计
24V直流输入，通过金升阳的电源模块转换成+5V和-5V源，给光纤陀螺和数字电路供电。步进电机使用24V转24V的电源模块供电。
24V电源入口处设计滤波器罩，使用穿心电容器、磁环等作必要的处理，提高电磁兼容性。
控制电路主要由1块电路板承担。
步进电机自带驱动器，不再设计电路板。
设计1块数码管显示板，编号02#。独立安装在上部，拨开上盖的窗口可以看见内部的显示内容。
走线设计
步进电机的走线有独立的过孔，可以从机座上部贯穿到下部。
光纤陀螺的走线从转台的中空轴穿过，到机座下部的电气舱室。
低温设计
步进电机选择低温步进电机，避免低温冻结。
大小齿轮、轴承使用低温油脂。减少方位旋转总摩擦力矩，避免转台低温冻结。
电气接口
插件型号：
端子定义：
X24K26P端子定义
端子号 | 电气符号 |
1 | +24V |
2 | 24VGND |
3 | TX |
4 | RX |
5 | GND |
6 | 备用 |
7 | 备用 |
数字输出：RS232
波特率：9600
数据格式：1个起始位，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验位。
数据帧格式：
AA XH XL YH YL HH HL SUM ST EN
帧字头 X斜角（横向斜角） Y斜角（纵向斜角） 方位角 校验和 抖动状态 有效标志
帧数据共9个字节
帧字头：十六进制数AA
X横倾角：双字节，高字节在前，16位补码数据，1bit=0.01°
Y纵倾角：双字节，高字节在前，16位补码数据，1bit=0.01°
X方位角：双字节，高字节在前，16位补码数据，1bit=0.01°
校验和：单字节，它是第2-7字节相加后取低于8位的结果
抖动状态：寻北过程中如果机座抖动较大输出1，否则输出0
有效标志：数据有效时输出1，否则输出0。
数码显示
角速度显示，用5位数码管显示；位置显示，用5位数码管显示。小数点位置固定在第三位数码管后。
0.28英寸红色普亮四位共阴数码管
坐标系定义
1-3位置的地球自转角速度，1-3位置的倾斜角；
2-4位置的地球自转角速度，2-4位置的倾斜角。
开始，
转动速度参数设置：每秒2000脉冲，驱动器设置为16细分，电流设置在1.5A（映射电压1.5V），停止时电流不减半。
可行性分析
定位精度分析
舌片宽度5mm，回转半径35mm，对应转角=8°。转台转速按100°/s设计，80ms就会转过去。
要求步进电机转速=100rpm，相当于600°/s。驱动器细分1.8°/16。驱动脉冲频率=600/（1.8/16）=5333Hz。对光电开关的检测时间应快，应200微秒内检测出来，否则检测就慢了。DSP解算周期按200微秒设计。
摩擦力矩影响转台低速转动。
使用倾角计SCA103T-D05，量程±30°，测量误差0.11°，误差0.29°。
转台转速设计为90°/s，即15rpm。考虑减速比设计为5：1，因此步进电机的转速为75rpm。按100RPM设计步进电机驱动器。
工作时段 | 说明 | 占用时间（秒） |
转回位置1 | 含1秒稳定时间 | 4 |
在位置1 | | 10 |
1-2转位 | 含1秒稳定时间 | 2 |
在位置2 | | 10 |
2-3转位 | 含1秒稳定时间 | 2 |
在位置3 | | 10 |
3-4转位 | 含1秒稳定时间 | 2 |
在位置4 | | 10 |
| 在有电的情况下，计算寻北结果的同时应返回第1位置后，再结束。 | |
| | |
合计时间 | 50 |
倾斜状态下寻北算法
一般寻北仪工作在倾斜情况下，因此本算法具有普实性。
A1 坐标系定义
本寻北仪按东北天坐标系定义：
指北角H定义：0°～360°，北向为0°，北偏东为正；
俯仰角
定义：±90°，
正向抬高为正；
横滚角
定义：±90°，绕
轴，
正向降低为正。
A2 地球自转角速度
在陀螺上的投影
地球自转角速度
投影到各个陀螺上，
，L是纬度 （1）
式中
（2）
A3 重力加速度在各个加速度计上的投影
与前面提到的转动相同，那么重力加速度在各个加速度计上的投影是
（3）
式中
与（2）式相同。
A4 求解倾角
（4）
式中
由加速度计得到，
（5）
（6）
A5 求解H
（1）已经知道陀螺各个投影
，向水平面投影，得
（7）
（8）
（9）
（2）
由（5）、（6）式计算得到，是已知数。陀螺投影到水平面内的分量
（10）
（3）因此，得
(11)
可以（11）式计算出指北角H。
，T1表示分子，T2表示分母。
象限判据：
（12）
A6 求解ωz
根据陀螺实际测量
，计算出
，其中
。 （13）
需要对陀螺进行标定。
A7 算法归纳
采样陀螺信号：pos1,pos2,pos3,pos4，平均处理；
；
；
标定
；
；
；
，T1表示分子，T2表示分母；
象限判据：
。
陀螺标定
陀螺标定时必须做的工作。
我们知道，在维度L的地方，地球自转角速度的北向分量等于
。利用这个关系可以标定陀螺。
首先将陀螺轴水平放置并指向北（尽量与已知北向一致），采样陀螺信号1或2分钟，求出平均值B，作为北向
。
然后将陀螺轴水平放置并指向南，采样陀螺信号1或2分钟，求出平均值N，作为南向-
。
于是
。求
数字量（脉冲个数），可以带小数的数值。
这就标定完毕。
于是我们就可以计算（13）式了。