1）陀螺经纬仪定向原理

如图4-18所示，陀螺经纬仪是带有陀螺仪装置、用于测定直线真方位角的经纬仪。陀螺仪（简称陀螺）主要由一个可作高速旋转的转子构成，转子支承在一个或两个框架上。当转子高速旋转时，如无外力作用则陀螺轴的方向保持不变；如受外力作用，陀螺轴则按一定的规律产生进动。

如图4-19，t1时刻，转子悬吊在地球上P点，转子轴OX在真北偏东方向；t2时刻，地球自西向东旋转了θ角，地平面降落了θ角，OX轴相对于地平面抬升了θ角。转子重心偏离P点铅垂线垂直距离b，转子重量外力矩M＝bG。在M作用下，OX轴转向西进动，在t3时刻到达子午面，惯性作用继续向西进动，OX轴相对于地平面变成倾俯，力矩M的方向被改变。随着偏离真北方向角的增大，指向子午面力矩阻止转子继续进动，直到转子轴达到最大摆幅后反方向往回进动，如此往复不已。

陀螺仪在重力作用和地球自转角速度影响下，陀螺轴产生进动、逐渐向测站的真子午线北方向靠拢，最终达到以测站的真北方向为对称中心，作角简谐运动，这样就可以确定测站的真北方向。经纬仪上安置悬挂式陀螺仪，是利用其具有指北性确定真北方向，再用经纬仪测定出真北方向至待定方向所夹的水平角，即真方位角。

图4-19　陀螺仪定向原理(www.daowen.com)

图4-20　陀螺经纬仪的构造

地球自转带给陀螺转轴OX的进动力矩，与陀螺所处空间的地理位置有关，赤道处最大，南、北两极为零。在纬度≥75°的高纬度地区，陀螺仪不能定向。我国属中纬度地区，最北端黑龙江省漠河纬度为北纬53°27′左右，因此我国任意地点都可使用陀螺仪确定点的真子午线方向。

2）陀螺经纬仪构造

陀螺经纬仪由经纬仪、陀螺仪和电源箱三大部分组成，其中陀螺仪的构造包括灵敏部、光学观测系统、锁紧和限幅装置，如图4-20所示。

灵敏部的核心是陀螺马达，安置在密闭充满氢的陀螺房中。陀螺转子在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时，旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。锁紧和限幅装置主要是用于固定灵敏部或限制它的摆动。