中文摘要：

高精度陀螺仪由于军事敏感性国外对我国实行技术封锁。课题组自主研发了国内首台基于磁悬浮技术的高精度陀螺全站仪。大量实验与工程应用表明该仪器定向精度高、速度快。但在风振等特殊工程条件下，仪器采集数据离散度偏大，稳定性有所欠缺。如何挖掘新仪器的潜能，提高仪器的稳定性和环境适应性，是实现高精度陀螺仪器国产化的重要课题。本项目从磁浮陀螺全站仪误差源着手，着重研究不同环境条件下误差性质与分类，探索粗差剔除、修正模型偏差的方法，分析异常数据产生原因；利用谱分析、小波和自适应滤波等对陀螺仪原始观测数据进行探究、对仪器噪声进行分离、对异常数据和模型偏差进行抗差估计。紧密结合磁悬浮技术构建的仪器特点和实际工作的物理过程，改进适合仪器实际工作物理过程及各种工程环境影响的函数模型和随机模型及优效算法；并将新的算法和程序移植到仪器中；改进实时数据采集、处理与分析的相应软件系统，提高仪器的可靠性、稳定性和环境适应性。

结论摘要：

本项目是基于课题组自主研发的国内首台基于磁悬浮技术的高精度陀螺全站仪而展开的科学研究试验。磁悬浮陀螺全站仪是一种基于磁悬浮支承技术构建的陀螺寻北定向系统，该系统可以无依托自主式测定任意测线的真方位角，因此被广泛的应用于地下工程的贯通定向测量工作中。大量实验与工程应用表明磁悬浮陀螺全站仪具有定向精度高、速度快等技术优势。但在风振等特殊工程条件下，仪器采集数据离散度偏大，稳定性有所欠缺。如何挖掘仪器的潜能，通过改进仪器的数据处理技术提高仪器的稳定性和环境适应性，是本项目立项研究的重要依据。课题研究首先从磁浮陀螺全站仪定、转子采样数据特征入手，着重对采样数据误差源进行分析研究极端环境条件下误差性质与分类，研究结果认为磁悬浮陀螺的定子数据具有极强的稳定性，对外界干扰力矩表现出不敏感性，而转子数据则恰恰相反，表现出对环境影响的较强敏感性；根据陀螺定、转子的数据特性可知，影响磁悬浮陀螺寻北成果稳定性的主要因素是陀螺转子数据的质量，因此在综合深入理解磁悬浮陀螺寻北运动过程的基础上，结合小波变换等数据处理技术，对仪器误差分析建模，噪声剔除等方法进行了深入的研究。在研究数据处理技术的同时，课题组对系统一体化程序设计方面也进行深入的研究，实现了磁悬浮陀螺全站仪测站自动化的关键技术，对通讯系统的软、硬件、通讯协议等核心问题进行了重点研究，说明了陀螺全站仪自动化测量的控制过程；说明了软件系统涉及的基本内容、基本结构以及主要功能，实现了构建自动化陀螺全站仪的基本技术。课题的研究过程是在反复不断实践的过程，在此期间应用课题研究成果对广深港客运专线等多项地下工程进行了陀螺定向，并根据实际测量效果不断的对数据模型进行修正，对算法程序进行改进，取得了一些具有一定实用价值和实际意义的成果。课题组也对利用陀螺测量地球自转参数的相关理论进行了一些相关的拓展性研究，得出了有益的结论。