船用陀螺罗经主轴自动找北原理

陀螺罗经指示的真北实际上是地球自转角速度北向分量

所确定的方向（为地球自转角速度，为陀螺罗经所在的纬度）。

如右图所示，在北半球的某一点，将二自由度陀螺仪的外框轴垂直放置，起始时自转轴在水平面内偏东。由于角速度的存在以及自转轴相对惯性空间稳定，所以自转轴将绕内框轴偏离水平面做上升运动。同理当自转轴初始在水平面内偏西时，做下降运动，即为“东升西降”的表观进动。

地球自转角速度还有垂直分量

，由此垂直分量和自转轴相对惯性空间的稳定性，导致自转轴将绕外框轴相对子午面出现表观进动。由于地球角速度北向分量和垂直分量，使得陀螺极点在相平面上的表观进动轨迹成为一个以极轴方向为中心的圆（如右图）。

由右图的圆轨迹可以看出在不加任何约束下，二自由度陀螺仪无法指示真北，只有将陀螺极点的运动轨迹收敛，使自转轴返回到子午面，才能实现指北。由此引出陀螺罗经的两个基本要求：一是主轴相对于地球具有稳定位置；二是当主轴受到干扰偏离稳定位置后，应能自动返回稳定位置 [3] 。

陀螺罗经原理示意图

为此采用两个措施来满足陀螺罗经的要求：一是由修正装置使极点运动轨迹变为椭圆，且椭圆长半轴小于圆的半径；二是由阻尼装置使极点的椭圆轨迹收敛。修正装置通常由重力产生修正力矩，或者利用电磁力矩作为修正力矩，由此不同产生三大系列的陀螺罗经，即安许茨、斯伯利和阿玛一勃朗等三大系列。安许茨陀螺罗经采用下重法获得控制力矩，斯伯利陀螺罗经采用上重法获得控制力矩，统称为摆式陀螺罗经；阿玛一勃朗陀螺罗经采用力矩器和电磁结构，用电磁感应方法产生电磁控制力矩，又称为电控罗经。

由下重法的摆式陀螺罗经为例，陀螺内框架组件的重心相对支承轴中心向下偏移一个距离，或者在内框组件下方附加一个质量使质心下降，如下图所示。