激光陀螺跳模规律研究
P08激光陀螺误差、光纤陀螺学习资料
光纤陀螺 闭环谐振型
➢来自 LR 的激光经分束器 SL 分离，从两端进入光纤线圈（谐振器） ➢光纤陀螺绕输入轴旋转时，两束光的谐振频率改变， ➢频差由两组光检测器和相敏解调器测量，与输入角速度成正比
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光纤陀螺 Sagnac干涉仪的改进
环路 Sagnac 干涉仪，光路分析： ➢当干涉仪相对惯性空间无转动
两束光绕行一周的光程相等
LaLbL2R
绕行时间
ta
tb
L2R
cc
➢当干涉仪绕法向轴以ω转动，
则两束光出现光程差
对于 a 束光
La2RRta
并且
ta
2RRta
c
光纤陀螺 原理公式
求解 La 得到
La
加偏置ω0，工作点移出自锁区
VK(0)
V/K0
激光陀螺 机械抖动偏频
机械恒定偏频：使激光陀螺绕输入 轴相对基座以足够大的ω0恒速旋转 缺点：陀螺体积重量增大，ω0难控 机械抖动偏频：采用高频角振动 (Mechanical Dithering)
谐振腔按曲线 1 的相对基座振动 ➢当基座相对惯性空间无转动时， 谐振腔按曲线 1 相对惯性空间振动 输出频差均值为零 ➢当基座以ωA相对惯性空间旋转 谐振腔按曲线 2 相对惯性空间振动 正半周输出频差平均值大于负半周 陀螺输出频差均值不为零
光纤陀螺 开环干涉型
工作原理： ➢ LR 光源被 SL 分成两束 ➢两束光分别从光纤线圈两端进入 ➢分别从光纤线圈另一端导出 ➢中间都经过相位调制器 PM ➢两束光经 SL 汇合， ➢由检测器 D 接收，输出电流 ➢经过相敏解调器 PSD 解调 ➢得到直流分量（正比于Δφ）
激光陀螺光学抖动与加噪初步研究讲解
激光陀螺光学抖动与加噪初步研究英文题名 Preliminary Study on Optical Dithering and Injecting Noise in RLG 关键词激光陀螺; 锁区; 背向散射; 机械抖动; 光学抖动; 英文关键词 Ring laser gyro; lock-in; backscattering; mechanically dither; optical dither; 中文摘要锁区是影响激光陀螺精度的一个重要因素,要减小锁区,就需要采用各种方法改善陀螺的综合背向散射。
光学抖动是一种通过对镜片上的背向散射实现调制来改善陀螺锁区的方法,论文针对光学抖动进行了理论研究和实验验证,得到了一定的结论。
首先介绍了光学抖动改善锁区的原理。
对粘于激光陀螺镜片上的PZT附加光学抖动电压信号以后,镜片将根据光抖信号的频率幅度按照一定的规律推拉抖动,当镜片抖动的幅度满足特定关系时,理论上可以使陀螺的背向散射减至最小,从而达到改善锁区的目的。
其次建立了四边形激光陀螺光路变化的理论模型,利用该模型得到了背向散射的相位变化与镜片的推拉幅度的定量关系。
根据腔平移镜的幅频曲线计算了不同频率光学抖动信号达到改善背向散射最佳的理想电压值,分析了腔平移镜灵敏度对光学抖动的影响。
搭建了实验平台,将频率幅度相同,相位差恒定为π的两路正弦电压信号加载至粘于陀螺两个镜片上的压电陶瓷上实现推拉抖动。
加载光学抖动信号后对陀螺锁区进行测试,测试结果表明,光抖信号实际改善锁区的趋势在抖动电压幅度不是很大时与理论基本相符。
最后对机械抖动加噪、机械抖动不加噪及机械抖动不加噪但附加光学抖动三种情况下的... 英文摘要 Lock-in is the most important factor that affects the performance of ring laser gyro. The smaller the backscattering, the smaller lock-in. Optical dithering is one of the methods that reduce lock-in by way of modulating the backscattering. Theoretically and experimental research were carried out and some conclusions were obtained. Firstly the principle 摘要 8-9 ABSTRACT 9 第一章绪论 10-15 1.1 课题研究背景 10-11 1.2 本课题国内外研究现状 11-14 1.3 课题所做的主要工作 14-15 第二章光学抖动改善锁区原理 15-33 2.1 背向散射与锁区 15-19 2.1.1 背向散射15 2.1.2 激光陀螺锁区与背向散射的关系 15-17 2.1.3 镜片位置变化引起背向散射变化的原理 17-19 2.2 光学抖动 19-20 2.2.1 光学抖动的概念19 2.2.2 光学抖动对背向散射光的改善 19-20 2.3 微扰条件下激光陀螺光路的改变 20-26 2.3.1 三角形激光陀螺推拉镜片引起光路的改变 20-22 2.3.2 四边形激光陀螺推拉镜片引起光路的改变 22-25 2.3.3 光抖电压信号的幅度25-26 2.4 腔平移镜灵敏度及其对光学抖动的限制 26-28 2.4.1 腔平移镜的灵敏度 26-27 2.4.2 锁区改善理论分析 27-28 2.5 机械抖动与加噪 28-31 2.6 本章小结 31-33 第三章光学抖动下的激光陀螺锁区测量 33-41 3.1 光学抖动实验方法 33-34 3.1.1 实验原理图33 3.1.2 光抖信号的产生 33-34 3.2 加载光学抖动后对陀螺锁区的变化 34-40 3.2.1 国军标测锁方法35 3.2.2 锁区测量结果 35-40 3.3 本章小结 40-41第四章“光学加噪”对激光陀螺性能的影响 41-52 4.1 “光学加噪”对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.1.1 激光陀螺的零偏稳定性 41 4.1.2 光学抖动对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.2 “光学加噪”前后动态锁区变化 46-51 4.2.1 动态锁区 46 4.2.2 光学抖动对动态锁区的改善 46-51 4.3 本章小结 51-52 第五章结论与展望 52-54 5.1 主要工作总结 52 5.2 课题的后续工作 52-54 参考文献 54-56 3.2 加载光学抖动后对陀螺锁区的变化 34-40 3.2.1 国军标测锁方法 35 3.2.2 锁区测量结果 35-40 3.3 本章小结40-41 第四章“光学加噪”对激光陀螺性能的影响 41-52 4.1 “光学加噪”对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.1.1 激光陀螺的零偏稳定性 41 4.1.2 光学抖动对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.2 “光学加噪”前后动态锁区变化 46-51 4.2.1 动态锁区 46 4.2.2 光学抖动对动态锁区的改善 46-51 4.3 本章小结 51-52 第五章结论与展望 52-54 5.1 主要工作总结 52 5.2 课题的后续工作 52-54 参考文献 54-56 3.2 加载光学抖动后对陀螺锁区的变化 34-40 3.2.1 国军标测锁方法 35 3.2.2 锁区测量结果 35-40 3.3 本章小结40-41 第四章“光学加噪”对激光陀螺性能的影响 41-52 4.1 “光学加噪”对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.1.1 激光陀螺的零偏稳定性 41 4.1.2 光学抖动对激光陀螺稳定性的影响 41-46 4.2 “光学加噪”前后动态锁区变化 46-51 4.2.1 动态锁区 46 4.2.2 光学抖动对动态锁区的改善 46-51 4.3 本章小结 51-52 第五章结论与展望 52-54 5.1 主要工作总结 52 5.2 课题的后续工作 52-54 参考文献 54-56。
激光陀螺仪报告书
“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛激光陀螺仪报告书目录一.绪论二.研究目的和思路2.1研究目的2.2基本思路三.项目创新点及优势3.1项目创新点3.2项目优势四.技术关键五.作品设计5.1外形设计5.2工作原理介绍5.3系统设计六.作品的市场前景预测第一章绪论现代陀螺仪是一种能够精确的确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其他高科技的发展具有十分重要的战略意义，传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构有很高的要求，结构复杂，它的精准度受到很多方面的制约，自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。
现代激光陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据赛格尼克的理论发展起来的，赛格尼克理论要点是这样的，当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需时间要多，也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化，利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生测量环路转动速度，这样就可以制造出干涉式激光陀螺，利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整激光环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的激光陀螺仪。
从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
自从1976年美国犹他大学的V ALI和SHORTHILL等人成功研制第1个激光陀螺(fiber-optic gyroscope, FOG)以来，激光陀螺已经发展了30多年。
在30多年的发展过程中，许多基础技术如激光环绕制技术等都得到了深入地研究。
激光陀螺的分析
激光陀螺1960年，激光第一次出现在了美国加利福尼亚州的休斯实验室中，它的发明者梅曼也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
不久之后，就因其独特的光学性质而被用于医疗、电子产品、距离勘测等领域，一直被人们称之为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
激光陀螺是利用环形激光器在惯性空间转动时正反两束光随转动而产生频率差效应进而测量敏感物体相对于惯性空间的角速度或转角的仪器。
激光陀螺由氦氖激光器、全反射镜、各种颜色的激光半透半反镜组成，没有旋转的转子部分，是一种无质量的光学仪器，对载体的震动及冲击加速度都不敏感，无需不平衡补偿系统，输出信号没有交叉耦合项，精度高。
用它给武器系统导航，能更精准的打击目标。
激光陀螺是利用Sagnac（萨格纳）效应来测量角速度的，Sagnac效应是指在闭合光路中，从一点发出的一对光波沿闭合光路的相反方向运行一周后再回到原点，这对光波各自经历的光程将根据闭合光路相对惯性空间的旋转而改变，光程差与闭合光路的转动角速率成正比。
在激光陀螺的环形激光器中，沿环形谐振腔顺时针和逆时针运行的激光能够以不同的频率独立振荡。
激光的谐振条件要求腔长为激光波长的整数倍，因此Sagnac效应所导致的光程差转换成反向运行激光的频率差，该频差与环形激光器相对惯性空间转动的角速率成正比。
通过测量激光陀螺瞬时的频差，即可实现角速率或角度的高精度测量。
1962年，美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方向测向器，将其称为激光陀螺仪。
1963年，美国的斯佩里公司率先研制出激光陀螺仪，1974年美国军方参与制定研究计划，不久之后分别在飞机和导弹上试验成功。
此后，激光陀螺仪在航空航天、航海、战车定位方面广泛应用。
我国的激光陀螺技术研究起步均晚于其他发达国家，但是在几代人辛勤的努力下，终于达到了国际先进水平。
尤其是在我校高伯龙院士的带领下，研究团队克服重重困难，在2014年构建了具有独立知识产权的高水平激光陀螺全闭环研发体系，水平达到了国际先进、国内领先的水平。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术课件
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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《激光陀螺随机漂移的数字滤波方法研究》 激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影响激光陀螺精度 的重要因素，采用数字滤波的方法可以减小随机漂移对激光陀螺 精度的影响。常见‘AR（2）模型’、‘卡尔曼滤波’、‘小波分析’和‘小 波包分析’这四种数字滤波方法，可以利用功率谱和Allan方差的分 析方法对这几种滤波效果进行比较。结果表明，对于激光陀螺的 随机漂移的滤除，基于AR模型的卡尔曼滤波法的效果最好，基本 上消除了陀螺的随机误差，而小波分析法和小波包分析法只能在
激光陀螺的主要误差 一些论文中激光陀螺的补偿方法
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪的工作机理与刚体转子 陀螺仪有着根本区别，因此二者的 误差源亦完全不同。激光陀螺仪不 存在与线运动及角运动有关的误差，
这是一个突出的优点。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺的主要误差源
闭锁效应： 原因：
由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光学元件对光束的后向散射等 原因，有源环形腔内正、反向行波的频率接近到一定程度时，将突然变成完全一 样，即存在一个可能达到的最小频差X，一旦频差小于X，就将变为0.因此当输入 转速小到一定程度时，有源环形腔内正、反向行波模对的频率将趋于完全相同。 上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速不被敏感。缩小锁区、消除
航系中有规律的变化。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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3.神经网络拟合方法
多项式拟合和多元逐步线性回归的补偿方法都必 须建立在某个准确的数学模型之上，但实际上， 这种准确的数学模型是很难建立的，上面所用到 的简化模型仅仅是实际问题的一个最优近似。神 经网络不依赖任何确定的数学模型，且理论上已 证明，至少含有一个S型隐层再加上一个线性输 出层的BP神经网络，能够通过自学习逐步逼近任 意有理函数，所以，建立温度零偏误差的BP神经 网络模型是进一步提高补偿精度的重要手段。
激光陀螺数字抖动控制方法与特性
（ ｏｅｅｏ ｃａｏｉ ．ｌｅｆ ｇａｄＡ ｔ ｔｎ Ｎ ｔ ｎｌ ｎ ．ｏ ＤｆｎｅＴｃｎｌ ｙ ｈｎｓａ４０７ ，Ｃ ｉ ） Ｃ ｌｇ ｆ ｈｔｎｃ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｕｏ ｉ ， ａｏａ Ｕ ｉ ｆ ｅ ｓ ｅｈｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ １０３ ｈｎ ｌ Ｍｅ ｒ ｓ ｎｉ ｎ ｍａｏ ｉ ｖ ｅ ｏ ａ
数字抖动控制方 法 ， 了陀螺抖 动的数学模型 ， 建立 比较研究 了传 统的模拟正 弦波驱动和新 的数字 方波驱动 的 抖动特性 ， 出了后 者不 同于前者 的抖幅变化律及非线性 的随机噪声注入方式 。仿真和实 验证 明， 指 该方法 能
很好满足激光陀螺抖动控制要求 ， 证陀螺性能。 保 关键词 ： 激光 陀螺 ； 抖动偏频 ； 波驱动 ； 方 随机噪声
Ｋｅ ｏｄ ： ｎ ｓｒ ｙ Ｒ Ｇ） ｄｈ ｒ ｉ ； ｑａｅ ａｅｄ ｖ； ｎｏ ｏ ｅ ｙｗ ｒｓｒ ｌ ｅ ｒ ｉ ａ ｇ ｏ（ Ｉ ； ｔｅ ｂａ ｓｕ ｖ ｒ ｅｒ ｄｍ ｎｉ ｇ ｉ ｓ ｒ ｗ ｉ ａ ｓ
激光陀螺的锁 区是影响其测量灵敏度的重要性能指标 ， 采用各种偏频方法缩小锁区及克服锁区的 影响成为研制发展激光陀螺的关键 技术。机械抖动偏频是世界上应用最早 的激光陀螺偏频技术 ， 其原 理是采用小振幅高速机械抖动装置强迫环形激光器绕垂直于谐振腔环路平 面的轴线来 回转动 ， 为谐振
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堕 盔
文章编号 ：０ １ ４ ６２０ ）５ ０９—０ １０ —２８ （０６ ０ —０９ ５
激 光 陀 螺数 字 抖 动控 制 方法 与特 性
潘献飞 ， 江明明， 李长虹 ， 胡小平
（ 国防科技大 学 机电工程与 自动化学院 ， 湖南 长沙 ４ ０７ ） １０３
摘
要： 针对传统 的模拟抖动控 制系统体积大、 活性差的缺点 ， 灵 设计 了一种基 于单 片机的新的激光陀螺
机械抖动棱镜式激光陀螺输出信号特性研究
机械抖动棱镜式激光陀螺输出信号特性研究机械抖动棱镜式激光陀螺输出信号特性研究引言：激光陀螺作为一种精密仪器，具有测量角速度的高精度和长寿命的优势。
机械抖动棱镜式激光陀螺是其中一种广泛应用的型号。
本文旨在研究该型号激光陀螺的输出信号特性，通过深入分析信号的波形、频谱、稳定性等特征，为激光陀螺的应用提供理论依据。
一、激光陀螺原理与结构简介激光陀螺是利用角动量守恒以及选择性振荡原理，通过激光光束在轨道互反射的方式来测量旋转角速度。
机械抖动棱镜式激光陀螺结构简单，主要包括分束器、抖动部件、棱镜、光电探测器等组成。
二、激光陀螺输出信号的波形特性研究对机械抖动棱镜式激光陀螺进行实验测试，观察到其输出信号的波形特性。
实验结果表明，激光陀螺输出信号为周期性方波，并且随着陀螺旋转速度的增加，方波的频率也随之增大。
同时，方波的占空比与角速度有关，当角速度增大时，占空比减小。
三、激光陀螺输出信号的频谱特性研究进一步对机械抖动棱镜式激光陀螺的输出信号进行频谱分析。
结果显示，输出信号的频谱是一个由许多频率组成的谱线。
这些谱线对应于激光陀螺中不同频率的振动模态。
振动模态的数量与陀螺的旋转速度相关，旋转速度越高，谱线越密集。
四、激光陀螺输出信号的稳定性研究通过实验测试，研究了机械抖动棱镜式激光陀螺的输出信号稳定性。
结果显示，激光陀螺的输出信号在陀螺旋转速度恒定的情况下，信号的幅值保持稳定，没有明显的波动。
这表明该型号的激光陀螺具有良好的信号稳定性。
五、激光陀螺输出信号特性的应用研究基于机械抖动棱镜式激光陀螺输出信号的特性，可以应用于多个领域。
例如，在惯性导航系统中，可以利用激光陀螺输出的角速度信号来进行准确的导航定位。
同时，在航天航空领域，激光陀螺的高精度测量能力也为飞行器的导航控制提供了重要的参考。
结论：本文通过对机械抖动棱镜式激光陀螺输出信号特性的研究，深入分析了其波形、频谱和稳定性等特征。
实验结果表明，该型号激光陀螺的输出信号具有周期性方波波形，频谱由多个频率组成，具有较好的稳定性。
激光陀螺仪的研究报告
激光陀螺仪的研究报告
研究报告激光陀螺仪
1. 引言
激光陀螺仪是一种使用激光装置来测量旋转角速度的仪器。
它利用了激光光束在旋转物体表面上的干涉效应来测量物体的旋转速度。
本报告旨在对激光陀螺仪的原理、应用和研究进展进行探讨和总结。
2. 激光陀螺仪的原理
激光陀螺仪基于激光干涉技术，通过激光束在旋转物体表面上发生干涉，测量干涉光的相位差来推断物体的旋转角速度。
它通常由激光器、光纤、分束器、光学器件和光电探测器等部分组成。
3. 激光陀螺仪的应用
激光陀螺仪在航空航天、惯性导航、地震监测和姿态控制等领域有广泛的应用。
它可以用于飞机、导弹和卫星等飞行器的姿态控制和导航定位，提供精确的姿态测量和导航数据。
4. 激光陀螺仪的研究进展
随着光学技术的发展，激光陀螺仪的性能和精度不断提高。
目前，有许多研究正在进行，以改善激光陀螺仪的稳定性、精度
和抗干扰能力。
例如，采用了新颖的激光器设计、优化的光路结构和新型的光学器件等。
5. 结论
激光陀螺仪作为一种高精度、高稳定性的旋转角速度测量仪器，在航空航天和导航定位等领域有着重要的应用。
随着相关技术的不断发展，激光陀螺仪的性能将进一步提升，并拓宽其应用领域。
全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究
全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究一、引言激光陀螺是一种利用激光光束测量角速度的高精度惯性导航仪器。
作为一种重要的惯性导航传感器，激光陀螺具有体积小、重量轻、抗干扰性能强等优点，因此广泛应用于航天、航空、导航等领域。
全反射棱镜式激光陀螺是目前研究的热点之一，其关键技术研究对于提高激光陀螺的测量精度和可靠性具有重要意义。
二、全反射棱镜式激光陀螺原理全反射棱镜式激光陀螺是利用光束在全反射棱镜内的反射和折射特性实现的。
主要由激光器、分束器、棱镜、接收器等组成。
激光器发射并分束激光光束，通过棱镜内的全反射和折射，实现对角速度的测量。
具体原理是利用光束在全反射表面发生的相位变化与棱镜旋转的角速度之间的关系，通过测量相位差来计算角速度。
三、全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究1. 全反射棱镜材料选择全反射棱镜材料的选择直接影响到激光陀螺的性能。
常用的材料有玻璃、晶体、光纤等。
选择合适的材料可以提高激光光束的传输效果和陀螺的测量精度。
2. 光束分束与合束技术光束的准确分束与合束是实现全反射棱镜式激光陀螺的关键技术之一。
分束器的设计和制造需要考虑到光束的传输损耗、折射率等因素，以保证光束的传输和反射的准确性。
3. 全反射棱镜设计全反射棱镜是激光陀螺中最重要的元件之一，其表面质量和形状对激光光束的传输和反射影响很大。
因此，全反射棱镜的设计应考虑材料的选择、表面处理、尺寸和形状等因素，以实现较好的全反射和折射效果。
4. 全反射棱镜的安装与校准全反射棱镜的精准安装和校准对激光陀螺的性能起着至关重要的作用。
采用精密的加工工艺和装配技术，确保全反射棱镜的固定稳定和位置精度。
5. 抗干扰技术激光陀螺在实际应用中容易受到温度、振动、电磁干扰等因素的影响，会导致测量结果的误差和不稳定性。
因此，采用合适的抗干扰技术，如温度补偿、震动隔离、屏蔽措施等，可以有效提高激光陀螺的抗干扰能力。
四、全反射棱镜式激光陀螺的应用前景全反射棱镜式激光陀螺具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等优点，逐渐成为惯性导航领域的重要研究方向。
一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究
２０１９年２月第３７卷第１期西北工业大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．Ｖｏｌ．３７２０１９Ｎｏ．１：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０５１／ｊｎｗｐｕ／２０１９３７１０１２２收稿日期：２０１８⁃０３⁃０３作者简介：陶渊博（１９９０ ），西北工业大学博士研究生，主要从事激光陀螺研究㊂一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究陶渊博１，李四海１，鲁政２（西北工业大学自动化学院，陕西西安㊀７１０１２９；２．西安北方捷瑞光电科技有限公司，陕西西安㊀７１０１１１）摘㊀要：针对棱镜式激光陀螺跳模过程性能较差的现象，系统研究了棱镜式激光陀螺的跳模特性㊂建立了稳频执行机构的数学模型，理论分析了整个跳模过程，给出了跳模电压增量与温度及跳模起始电压的函数关系，消除了跳模过程脉冲数波动大的现象㊂进一步研究了棱镜式激光陀螺的开闭环扫模特性，实验结果表明，合光限模较浅会引起双纵模竞争从而导致陀螺跳模跳数㊂在不改变谐振腔合光限模参数的前提下，调整光强参考电压或反馈回路前置放大增益的方法可以使开闭环扫模特性合适，避免陀螺跳模跳数㊂此分析结果可以改善陀螺精度，减少谐振腔返修率，提高陀螺生产效率㊂关㊀键㊀词：激光光学；棱镜式激光陀螺；跳模；扫模中图分类号：ＴＮ２４８㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１０００⁃２７５８（２０１９）０１⁃０１２２⁃０７㊀㊀棱镜式激光陀螺是一种以全反射棱镜式环形激光器为核心器件的高精度角速率传感器，完全免镀膜，具有锁区小㊁可靠性高㊁寿命长等优点，在航空航天领域具有广泛的应用［１⁃３］㊂与反射镜式激光陀螺相比［４⁃７］，跳模频繁是棱镜式激光陀螺的特性，跳模过程中容易出现脉冲数波动或跳数等问题，影响陀螺性能［８⁃９］㊂因此跳模特性研究是棱镜式激光陀螺的重要课题之一㊂许光明等研究了反射镜式激光陀螺的跳模规律，提出了合理的跳模控制建议［４］㊂而棱镜式激光陀螺与反射镜式激光陀螺的跳模特性不同，马家君从理论上给出了棱镜式激光陀螺最佳跳模门限的计算公式，开启了跳模特性的研究［１０⁃１２］㊂在棱镜式激光陀螺调试测试中，发现跳模过程陀螺性能较差，主要表现为脉冲数波动大和跳模跳数２大类㊂跳模过程脉冲数波动大主要是因为跳模未跳到位造成过渡过程时间长，引起脉冲数波动㊂针对这一问题，理论分析了跳模过程，给出了跳模电压增量与温度及跳模起始电压的函数关系，实现了精准跳模㊂针对跳模跳数的问题，对棱镜式激光陀螺进行了开闭环扫模研究，找到了引起跳模跳数的根本原因，在不改变谐振腔合光限模参数的前提下，提出了一种有效的工程化解决方法，减少了谐振腔返修率，提高了陀螺生产效率㊂１㊀棱镜式激光陀螺的跳模特性棱镜式激光陀螺与反射镜式激光陀螺不同，用全反射棱镜取代传统镀膜反射镜，棱镜的全反射效应大大提高了激光器的品质因数，同时降低了陀螺的闭锁阈值㊂工作气体采用低压１５０ＭＨｚ高频激励，不用内电极，有利于提高激光器寿命㊂稳频回路采用加热器作为执行机构，通过调节稳频通道气体折射率进行稳频，光强回路主要控制ｓｉｎ／ｃｏｓ信号幅值的稳定㊂棱镜式激光陀螺稳频稳光强控制系统如图１所示㊂图１㊀棱镜式激光陀螺稳频稳光强控制系统示意图第１期陶渊博，等：一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究Ｘ１通道充有按一定比例混合的Ｈｅ⁃Ｎｅ气体，工作波长为０．６３２８μｍ，在引燃变压器和高频振荡器的作用下产生激光㊂Ｘ２和Ｘ４是真空通道，Ｘ３通道中充有干燥的空气，通过相连的加热器改变空气的折射率，实现谐振腔谐振频率的稳定㊂Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ为棱镜，由保护罩将其密封，以保持表面清洁㊂光线在棱镜大斜面处发生全反射，从而保证了光束损耗最小㊂棱镜式激光陀螺的全反射棱镜为熔融石英玻璃，其折射率和温度的关系为ｎｐｒｉｓｍ＝ｎ０＋Ｋ（λ）Ｔ（１）式中，ｎｐｒｉｓｍ为棱镜的折射率；ｎ０是与熔融石英玻璃有关的常量，为１．４５４３７；Ｔ是绝对温度，单位为Ｋ；Ｋ（λ）是系数，单位为ħ－１，对于波长为０．６３２８ｕｍ的激光，熔融石英的Ｋ（λ）为１．０１ˑ１０－５ħ－１㊂光在棱镜里面的几何程长Ｌｐｒｉｓｍ＝１１．８ｍｍ，在－４０ħ到７０ħ的温度范围内估算的跳模次数Ｎ＝ΔＬ／λ＝４ＬｐｒｉｓｍＫ（λ）ΔＴ／λ＝８３，跳模频繁，影响陀螺精度㊂依据光强调谐曲线的特性，由ＦＰＧＡ产生频率为２６６．６７Ｈｚ的小抖动正弦调制信号，经ＤＡＣ作用于加热器内部的压电陶瓷膜片上，使激光振荡频率左右微小变化，从而频率参量ξ左右微小变化，最终引起光强发生变化，根据光强变化率的正负可以知道ξ的具体位置，最终目的是控制ξ＝０．４４，从而光强达到最大，光强变化率为０㊂合光输出的拍频信号经光电探测及放大后，直流光强通过ＡＤＣ后进入稳光强系统，与参考值比较后经积分控制器产生高频振荡器的控制电压，交流光强通过ＡＤＣ后进入稳频系统，先相敏解调后经比例积分控制器产生加热器电压，经ＤＡＣ作用于加热器内部加热丝两端，调整Ｘ３通道的空气折射率，从而改变光程长，达到稳频的目的㊂由于加热器电压的实际范围为２４Ｖ，当温度升高㊁加热器电压减小到下门限时，就会向上复位，从一个纵模跳变到下一个相邻纵模㊂当温度降低㊁加热器电压增大到上门限时，就会向下复位，从一个纵模跳到上一个相邻纵模㊂常温下棱镜式激光陀螺的工作曲线如图２所示㊂可以看出温度上升２．３ħ后达到平衡，此时的高频振荡器电压及加热器电压同时达到稳态㊂温度上升引起纵模频率漂移，从而加热器电压减小，维持纵模频率不变，减小到下门限时向上复位，跳到下一个相邻纵模㊂由于加热器电压越大，谐振腔损耗越大，为了维持ｓｉｎ／ｃｏｓ信号幅值不变，所需的高频振荡器电压就越大，故高频振图２㊀棱镜式激光陀螺工作曲线荡器电压呈现出和加热器电压一样的趋势㊂２ 跳模过程理论分析棱镜式激光陀螺采用加热器作为稳频控制系统的执行机构，在加热器内部的压电陶瓷膜片上加小抖动正弦调制信号，对激光振荡频率产生小抖动调制，从光强信号中解调出小抖动所引起的光强幅度和相位的变化，从而对加热器内部加热丝两端的电压进行控制㊂加热器结构图如图３所示㊂图３㊀加热器结构图为了得到稳频通道光程长变化量与加热器电压变化量之间的传递函数，设加热丝质量为Ｍ，比热容为Ｃ，传热系数为Ｈ，传热面积为Ａ，加热器内部气体温度为Ｔ，加热丝两端的电压为Ｕ，加热丝电阻为Ｒ，单位时间内加热丝产生的热量为Ｑ，则根据热力学定律有３２１西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３７卷ＣＭｄ（ΔＴ）ｄｔ＋ＨＡΔＴ＝ΔＱ（２）由于Ｑ＝Ｕ２／Ｒ，Ｑ与Ｕ呈非线性关系，可在平衡点（Ｑ０，Ｕ０）附近进行线性化，即ΔＱ＝２ＵΔＵ／Ｒ，故ＣＭＨＡｄ（ΔＴ）ｄｔ＋ΔＴ＝２ＵＲＨＡΔＵ（３）令Ｔｈ＝ＣＭ／（ＨＡ），为加热器时间常数，则ΔＴ（ｓ）ΔＵ（ｓ）＝Ｋ１ＵＴｈｓ＋１（４）式中，Ｋ１＝２ＲＨＡ㊂设加热器内部压强为Ｐ１，气体体积为Ｖ１，分子数为Ｎ１，温度为Ｔ１㊂稳频通道内部压强为Ｐ２，气体体积为Ｖ２，分子数为Ｎ２，温度为Ｔ２㊂根据克拉伯龙方程得Ｐ１Ｖ１＝Ｎ１ＲＴ１／ＮＡ，Ｐ２Ｖ２＝Ｎ２ＲＴ２／ＮＡ，其中，ＮＡ为阿伏加德罗常数，Ｒ为摩尔气体常量，式中Ｐ＝Ｐ１＝Ｐ２，则Ｖ１／Ｖ２＝Ｎ１Ｔ／（Ｎ２Ｔ２），加热器温度变化量与稳频通道气体分子数密度变化量关系为Δｎ２＝ΔＮ２Ｖ２＝Ｎ１Ｖ１Ｔ２ΔＴ１（５）又空气折射率与稳频通道分子数密度的关系为ｎａ＝１＋（αｎ２）／（２ε０），两边同时微分可以得到Δｎａ＝（αΔｎ２）／（２ε０），结合（５）式可以得到Δｎａ＝α／２ε０Ｎ１／Ｖ１Ｔ２ΔＴ１，又稳频通道光程长的变化量为ΔＬ＝ΔｎａＬ２，其中Ｌ２为稳频通道的几何长度，故可得Δ Ｌ⓪（ｓ）ΔＴ１（ｓ）＝Ｋ２（６）式中，Ｋ２＝αＬ２２ε０Ｎ１Ｖ１Ｔ２㊂故稳频通道光程长与加热器电压之间的传递函数为Ｌ⓪（ｓ）Ｕ（ｓ）＝ＫＵＴｈｓ＋１（７）式中，Ｋ＝Ｋ１Ｋ２＝αＬ２Ｎ１ＲＨＡε０Ｖ１Ｔ２㊂将（７）式写成一阶线性非齐次微分方程的形式ｄ Ｌ⓪（ｔ）ｄｔ＋１Ｔｈ Ｌ⓪（ｔ）＝ＫＵ２Ｔｈ（８）式中，Ｕ＝Ｕ０＋ΔＵ，Ｕ０为跳模起始电压，ΔＵ为跳模电压增量㊂在初始条件 Ｌ⓪（０）＝ＫＵ２０下Ｌ⓪（ｔ）＝Ｋ－［２Ｕ０ΔＵ＋（ΔＵ）２］ｅ－ｔＴｈ＋（Ｕ０＋ΔＵ）２{}（９）跳模过程要求激光振荡模式精确地从一个纵模跳到相邻纵模，最佳跳模时间为５Ｔｈ，即Ｌ⓪（５Ｔｈ）－ Ｌ⓪（０）ʈＫ［２Ｕ０ΔＵ＋（ΔＵ）２］＝０．９９３λ（１０）因此跳模电压增量的理论计算公式为ΔＵ＝－Ｕ０＋Ｕ２０ʃ０．９９３λＫ＝㊀－Ｕ０＋Ｕ２０ʃ０．９９３λＲＨＡε０Ｖ１Ｔ２αＬ２Ｎ１（１１）式中， ＋ 代表加热器电压向上复位， － 代表加热器电压向下复位㊂从（１１）式可以看出，跳模电压增量与环境温度及Ｕ０有关，随着温度的升高而增加，随着Ｕ０的升高而减小㊂设置常用的几种跳模起始电压，在－４０ ７０ħ升温和降温过程中将跳模电压增量调试到位，统计数据如表１所示㊂其中，跳模起始电压为１，２，３Ｖ时，代表升温过程数据，跳模起始电压为１６，１７，１８Ｖ时，代表降温过程数据㊂根据表１中的数据，通过非线性拟合，可以得到跳模电压增量与温度及Ｕ０的函数关系为ΔＵ＝ｆ（Ｕ０，Ｔ２）＝㊀－Ｕ０＋Ｕ２０ʃ０．５２１Ｔ２（１２）式中，Ｕ０为相对于－１２Ｖ参考电压的增量，Ｔ２用绝对温度表示㊂表１ 跳模电压增量与跳模起始电压及温度的数据统计Ｕ０／Ｖ不同绝对温度下的跳模电压增量／Ｖ２３３Ｋ２４３Ｋ２５３Ｋ２６３Ｋ２７３Ｋ２８３Ｋ２９３Ｋ３０３Ｋ３１３Ｋ３２３Ｋ３３３Ｋ３４３Ｋ１１０．０７１０．２９１０．５３１０．７４１０．９８１１．１７１１．４１１１．５９１１．８２１２．００１２．２２１２．４０２９．２１９．４２９．６６９．８７１０．１０１０．３０１０．５３１０．７１１０．９４１１．１２１１．３３１１．５１３８．４３８．６４８．８８９．０７９．３１９．５０９．７２９．９１１０．１３１０．３０１０．５２１０．６９１６－４．４１－４．６２－４．８６－５．０８－５．３４－５．５７－５．８４－６．０９－６．３７－６．６３－６．９３－７．２０１７－４．０６－４．２５－４．４７－４．６６－４．８９－５．０９－５．３３－５．５４－５．７９－５．９９－６．２６－６．４９１８－３．７８－３．９４－４．１５－４．３２－４．５３－４．７０－４．９２－５．１０－５．３２－５．５１－５．７４－５．９４４２１第１期陶渊博，等：一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究㊀㊀为了进一步验证（１２）式函数关系的正确性，升温过程中设置Ｕ０＝２Ｖ，降温过程中设置Ｕ０＝１７Ｖ，温变速率为１ħ／ｍｉｎ，根据（１２）式实时调整ΔＵ㊂测试结果如图４所示㊂可以看出整个连续跳模过程中脉冲数都很平稳，主要是由于ΔＵ合适，跳模的过渡过程平稳且快速性好，从而消除了脉冲数异常波动㊂图４㊀陀螺输出脉冲数及加热器电压３㊀跳模跳数分析及讨论棱镜式激光陀螺工作过程中跳模较频繁，在２个纵模之间跳变时容易出现双纵模竞争现象，从而引起跳模跳数，影响陀螺精度㊂因此有必要对其进行扫模研究，分别对跳模跳数的陀螺和正常的陀螺进行开闭环扫模㊂３．１㊀开环扫模将稳光强回路中高频振荡器的电压开环，开环值设置为闭环稳定工作时的电压㊂稳频回路中的加热器电压从－１２Ｖ以一定斜率变化到１２Ｖ，周期为１２８ｓ，使光学程长不断增加㊂记录光强曲线，分别如图５㊁图６所示㊂从图中可以看出，Ａ１点代表当前纵模的最佳工作点，即光强增益曲线中心处，数值上等于稳光强回路闭环工作时的光强参考电压㊂Ａ２点代表当前纵模向下一个纵模跳变时的最小光强电压，能够体现棱镜式激光陀螺合光限模的深浅程度，Ａ２点高说明合光限模较浅，Ａ２点低说明合光限模较深㊂Ａ３点代图５㊀跳数陀螺开环扫模曲线图６㊀正常陀螺开环扫模曲线表下一个纵模的最佳工作点，由于Ａ３点对应的加热器电压高于Ａ１点对应的加热器电压，故Ａ３点所对应谐振腔的损耗大，相同高频振荡器电压的情况下Ａ３点的光强小㊂对比图５和图６可以发现，跳数陀螺的Ａ２点较高，即合光限模较浅，在跳模过程中会出现双纵模竞争现象，引起跳数㊂正常陀螺的Ａ２点为０，即合光限模较深，在跳模过程中不会出现双纵模竞争的现象，不会引起跳数㊂由于理论上难以给出跳模不跳数时Ａ２点的范围，因此以西安北方捷瑞光电科技有限公司生产的１０个７０型棱镜式激光陀螺作为实验对象，分别在－４０ħ㊁２５ħ和７０ħ下进行开环扫模，获取Ａ２点电压㊂并对已有陀螺测试数据进行汇总，如表２所示㊂可以看出，当０ɤＡ２＜０．２时，陀螺跳模不跳数㊂５２１西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３７卷表２㊀陀螺定温跳模跳数与Ａ２点电压的关系陀螺编号Ａ２点电压／Ｖ－４０ħ２５ħ７０ħ是否跳模跳数－４０ħ２５ħ７０ħＧ１０００．０３ＮＮＮＧ２０．０８０．０５０．０７ＮＮＮＧ３０．１５０．１００．１８ＮＮＮＧ４０．１６０．１２０．１７ＮＮＮＧ５０．１９０．１５０．２１ＮＮＹＧ６０．２３０．１８０．２２ＹＮＹＧ７０．２３０．１９０．２５ＹＮＹＧ８０．２５０．２２０．２８ＹＹＹＧ９０．２６０．２４０．３１ＹＹＹＧ１００．２８０．２６０．３１ＹＹＹ３．２㊀闭环扫模稳光强回路闭环工作，稳频回路中的加热器电压从－１２Ｖ以一定斜率变化到１２Ｖ，周期为１２８ｓ，使光学程长不断增加㊂记录陀螺高频振荡器电压曲线，分别如图７㊁图８所示㊂图７㊀跳数陀螺闭环扫模曲线从图中可以看出，随着加热器电压的增加，谐振腔损耗增大，在光强保持不变的前提下，下一个相邻图８㊀正常陀螺闭环扫模曲线纵模上的工作电压整体升高㊂对比图７和图８可以发现，跳数陀螺在跳模过程中高频振荡电压出现双峰现象，正常陀螺在跳模过程中高频振荡器电压无毛刺，这与合光限模深浅相对应㊂当合光限模较浅时，跳模过程会出现双纵模竞争现象，从而光强变化复杂，为了稳定光强，那么高频振荡器电压会按一定控制率进行调整，最终呈现出双峰现象㊂当合光限模较深时，跳模过程不会出现双纵模竞争现象，高频振荡器电压无毛刺㊂３．３㊀跳模跳数解决方法棱镜式激光陀螺合光限模的深浅可以用Ａ２点表示，随着Ａ２点电压的升高，陀螺限模逐渐变浅，会发生不同程度的跳模跳数㊂因此对表２中１０个陀螺的变温测试数据进行统计分析，其中变温速率为１ħ／ｍｉｎ，测试时间为２ｈ㊂跳模跳数的次数与Ａ２点电压的关系如表３所示㊂可以看出，当３个固定温度段均Ａ２＜０．２时，陀螺变温不发生跳模跳数㊂当３个固定温度段均Ａ２＞０．２时，陀螺变温均发生跳模跳数㊂随着Ａ２点电压的升高，即限模逐渐变浅，陀螺变温跳模跳数次数逐渐增加㊂表３㊀陀螺变温跳模跳数与Ａ２点电压的关系陀螺编号Ａ２点电压／Ｖ－４０ħ２５ħ７０ħ跳模跳数的次数（２５ －４０）ħ（－４０ ２５）ħ（２５ ７０）ħ（７０ ２５）ħＧ１０００．０３００００Ｇ２０．０８０．０５０．０７００００Ｇ３０．１５０．１００．１８００００Ｇ４０．１６０．１２０．１７００００Ｇ５０．１９０．１５０．２１００４１Ｇ６０．２３０．１８０．２２６１０８５Ｇ７０．２３０．１９０．２５１０２０１２９Ｇ８０．２５０．２２０．２８１５２４１６１４Ｇ９０．２６０．２４０．３１１８２７２２１７Ｇ１００．２８０．２６０．３１２０３０２５１９６２１第１期陶渊博，等：一种棱镜式激光陀螺跳模特性研究㊀㊀棱镜式激光陀螺合光限模较浅是影响跳模跳数的根本原因㊂因此要解决跳模跳数问题，必须从合光限模深浅出发㊂棱镜式激光陀螺稳光强回路结构如图９所示㊂图９㊀棱镜式激光陀螺稳光强回路结构图稳光强回路通过闭环控制系统实现输出光强的稳定，控制器采用积分控制器，输出的高频振荡器电压驱动高频振荡器产生持续高频激励作用于谐振腔，合光棱镜输出的拍频信号经光电探测及放大后输出，并经前置放大及低通滤波后用作光强反馈㊂从开闭环扫模特性及稳光强控制原理知，在光学谐振腔合光限模参数不变的前提下，高频振荡器电压越高，开环扫模的Ａ２点越高，高频振荡器电压越低，开环扫模的Ａ２点越低㊂因此可以通过改变棱镜式激光陀螺闭环工作的高频振荡器电压来调整Ａ２点的高低㊂依据控制理论及稳光强回路特性，可知增大光强参考电压或减小反馈回路的前置放大增益可以提高高频振荡器电压，从而提高Ａ２点，减小光强参考电压或增大反馈回路的前置放大增益可以降低高频振荡器电压，从而降低Ａ２点㊂Ａ２点的大小与限模参数㊁光强参考电压及前置放大电阻有关㊂而陀螺调试中的Ａ２点测试均是在默认参数（光强参考电压２Ｖ㊁前置放大电阻３６Ｋ）下所得㊂对于不同限模参数的陀螺而言，在默认参数下Ａ２点大小不一㊂因此，在不需要返修谐振腔限模参数的前提下，我们可以通过改变光强参考电压（１．５ ２．５Ｖ）或反馈回路的前置放大电阻（１７ ４０Ｋ）从而保证０ɤＡ２＜０．２，解决跳模跳数问题㊂４㊀结㊀论棱镜式激光陀螺由全反射棱镜构成闭合回路，具有跳模频繁的特点㊂理论分析了跳模过程，给出了跳模电压增量与环境温度及跳模起始电压的函数关系，解决了在跳模过程中由于跳模未跳到位造成的脉冲数波动大的问题㊂通过开闭环扫模特性分析，找到了引起棱镜式激光陀螺跳模跳数的根本原因是合光限模太浅造成的双纵模竞争㊂在不改变光学限模参数的前提下，提出了一种工程化的解决方法，可以保证开环扫模中０ɤＡ２＜０．２，从而解决跳模跳数问题，减少了谐振腔返修率，提高了生产效率㊂参考文献：［１］㊀ＢＡＫＩＮＹＶ，ＺＩＯＵＺＥＶＧＮ，ＬＩＯＵＤＯＭＩＲＳＫＩＭＢ．ＬａｓｅｒＧｙｒｏｓｗｉｔｈＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍｓ［Ｍ］．Ｍｏｓｃｏｗ，Ｒｕｓｓｉａ：ＭｏｓｃｏｗＢａｕｍａｎＳｔａｔｅＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００３：１⁃３４［２］㊀姚呈康，曾晓东，曹长庆．机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性［Ｊ］．物理学报，２０１２，６１（９）：０９４２１６⁃１⁃０９４２１６⁃８ＹＡＯＣｈｅｎｇｋａｎｇ，ＺＥＮＧＸｉａｏｄｏｎｇ，ＣＡＯＣｈａｎｇｑｉｎｇ．ＩｎｔｅｎｓｉｔｙＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＯｕｔｐｕｔＬｉｇｈｔｉｎＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏｗｉｔｈＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｉｔｈｅｒＢｉａｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１２，６１（９）：０９４２１６⁃１⁃０９４２１６⁃８（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３］㊀刘健宁，蒋军彪，石顺祥，等．全反射棱镜式激光器合光输出及陀螺精度特性分析［Ｊ］．中国激光，２０１３，４０（１）：０１０２００２⁃１⁃０１０２００２⁃６ＬＩＵＪｉａｎｎｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＪｕｎｂｉａｏ，ＳＨＩＳｈｕｎｘｉａｎｇ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍＲｉｎｇＬａｓｅｒᶄｓＯｕｔｐｕｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＧｙｒｏｓｃｏｐｅᶄｓＡｃｃｕｒａｃｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪＬａｓｅｒｓ，２０１３，４０（１）：０１０２００２⁃１⁃０１０２００２⁃６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］㊀许光明，王飞，谢元平．激光陀螺跳模规律研究［Ｊ］．红外与激光工程，２０１４，４３（２）：５０２⁃５０５ＸＵＧｕａｎｇｍｉｎｇ，ＷＡＮＧＦｅｉ，ＸＩＥＹｕａｎｐｉｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｎＭｏｄｅＨｏｐｐｉｎｇｉｎＲｉｎｇＬａｓｅｒＧｙｒｏ［Ｊ］．ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，４３（２）：５０２⁃５０５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］㊀ＣＨＯＷＷＷ．ＴｈｅＲｉｎｇＬａｓｅｒＧｙｒｏ［Ｊ］．ＲｅｖＭｏｄＰｈｙｓ，１９８５，５７（１）：６１⁃１０４［６］㊀ＬＥＯＮＥＬＮＭ，ＷＩＬＬＩＳＥＬ．ＴｈｅｏｒｙｏｆａＲｉｎｇＬａｓｅｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖ，１９７３，８（４）：２１０３⁃２１２５［７］㊀姜亚南．环形激光陀螺［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９８５：２１４⁃２１６ＪＩＡＮＧＹａｎａｎ．ＲｉｎｇＬａｓｅｒＧｙｒｏ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，１９８５：２１４⁃２１６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［８］㊀赵东洋，石顺祥，李家立．全反射棱镜式环形激光器的温度效应［Ｊ］．光子学报，２００６，３５（１１）：１６２７⁃１６３１７２１西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３７卷ＺＨＡＯＤｏｎｇｙａｎｇ，ＳＨＩＳｈｕｎｘｉａｎｇ，ＬＩＪｉａｌｉ．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥｆｆｅｃｔｏｆＲｉｎｇＬａｓｅｒｗｉｔｈＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｈｏｔｏｎｉｃａＳｉｎｉｃａ，２００６，３５（１１）：１６２７⁃１６３１（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［９］㊀贾惠霞，张英敏，张琼，等．一种棱镜式激光陀螺光强控制系统研究［Ｊ］．光学学报，２０１４，３４（８）：０８１４００１⁃１⁃０８１４００１⁃６ＪＩＡＨｕｉｘｉａ，ＺＨＡＮＧＹｉｎｇｍｉｎ，ＺＨＡＮＧＱｉｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎａＬｉｇｈｔ⁃ＩｎｔｅｎｓｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＯｐｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３４（８）：０８１４００１⁃１⁃０８１４００１⁃６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１０］马家君，蒋军彪．全反射棱镜式激光陀螺稳频特性研究［Ｊ］．中国激光，２０１５，４２（１）：０１０２００２⁃１⁃０１０２００２⁃８ＭＡＪｉａｊｕｎ，ＪＩＡＮＧＪｕｎｂｉａｏ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏｓ［Ｊ］．Ｃｈｉ⁃ｎｅｓｅＪＬａｓｅｒｓ，２０１５，４２（１）：０１０２００２⁃１⁃０１０２００２⁃８（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１１］马家君，蒋军彪，刘健宁．全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术［Ｊ］．中国激光，２０１４，４１（９）：０９０２０１１⁃１⁃０９０２０１１⁃６ＭＡＪｉａｊｕｎ，ＪＩＡＮＧＪｕｎｂｉａｏ，ＬＩＵＪｉａｎｎｉｎｇ．ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏｓｗｉｔｈＤｏｕｂｌｅＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＭｏｄｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪＬａｓｅｒｓ，２０１４，４１（９）：０９０２０１１⁃１⁃０９０２０１１⁃６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１２］马家君，蒋军彪，刘健宁．全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术［Ｊ］．光学学报，２０１５，３５（３）：０３１４００２⁃１⁃０３１４００２⁃７ＭＡＪｉａｊｕｎ，ＪＩＡＮＧＪｕｎｂｉａｏ，ＬＩＵＪｉａｎｎｉｎｇ．ＡｄａｐｔｉｖｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＯｐｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１５，３５（３）：０３１４００２⁃１⁃０３１４００２⁃７（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＥｘｐｌｏｒｉｎｇＭｏｄｅＨｏｐｐｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＰｒｉｓｍＬａｓｅｒＧｙｒｏＴＡＯＹｕａｎｂｏ１，ＬＩＳｉｈａｉ１，ＬＵＺｈｅｎｇ２１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉᶄａｎ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＸｉᶄａｎＮｏｒｔｈＪｉｅｒｕｉＯｐｔｏ⁃ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ．，Ｘｉᶄａｎ７１０１１１，Ｃｈｉｎａæèçöø÷Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｏｏｒｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｒｉｓｍｌａｓｅｒｇｙｒｏｓ，ｔｈｅｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｐｒｉｓｍｌａｓｅｒｇｙｒｏｉｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎａｃｔｕａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｉｔｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔａｒｔｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｉｓｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｔｈａｔｔｈｅｇｙｒｏᶄｓｐｕｌｓｅｓｆｌｕｃｔｕａｔｅｇｒｅａｔｌｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇｉｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．Ｔｈｅｏｐｅｎｃｌｏｓｅｄ⁃ｌｏｏｐｓｃａｎｎｉｎｇｍｏｄｅｏｆｔｈｅｐｒｉｓｍｌａ⁃ｓｅｒｇｙｒｏｉｓｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｌｉｇｈｔｌｉｍｉｔｉｎｇｍｏｄｅｃａｕｓｅｓｔｈｅｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｍｏｄｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｇｙｒｏ＇ｓｐｕｌｓｅｈｏｐｐｉｎｇ．Ｗｉｔｈｏｕｔｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｌｉｍｉｔｉｎｇｐａｒａｍ⁃ｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒｅｓｏｎａｔｏｒ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅｏｒｆｅｅｄｂａｃｋｌｏｏｐｐｒｅ⁃ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｇａｉｎｃａｎｍａｋｅｔｈｅｏｐｅｎｃｌｏｓｅｄ⁃ｌｏｏｐｓｃａｎｎｉｎｇｍｏｄｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｎｄａｖｏｉｄｔｈｅｇｙｒｏᶄｓｐｕｌｓｅｈｏｐｐｉｎｇ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｇｙｒｏ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｒｅｗｏｒｋｒａｔｅｏｆｔｈｅｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉ⁃ｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｇｙｒｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｏｐｔｉｃｓ；ｐｒｉｓｍｌａｓｅｒｇｙｒｏ；ｍｏｄｅｈｏｐｐｉｎｇ；ｓｃａｎｎｉｎｇｍｏｄｅ©２０１９ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＴｈｉｓｉｓａｎＯｐｅｎＡｃｃｅｓｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅＣｒｅａｔｉｖｅＣｏｍｍｏｎｓＡｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬｉｃｅｎｓｅ（ｈｔｔｐ：／／ｃｒｅａｔｉｖｅｃｏｍｍｏｎｓ．ｏｒｇ／ｌｉｃｅｎｓｅｓ／ｂｙ／４．０），ｗｈｉｃｈｐｅｒｍｉｔｓｕｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｕｓｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎａｎｙｍｅｄｉｕｍ，ｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｗｏｒｋｉｓｐｒｏｐｅｒｌｙｃｉｔｅｄ．８２１。
激光陀螺的误差源相关问题分析
补 偿非 线性 ，环 境温 度 的变化 均 引起 标 度 因
数误差。激光陀螺的标摩因数误差是很小
的 ，易做到 ￡ 小于１ ｘ １ ０ － 。
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激光 陀螺 的误差源相关 问题分析
高淑 艳 大庆 高新技术创业服 务中心 ，黑龙 江哈 尔滨 １ ６ ５ ３ １ ５
摘 要 激 光 陀螺 仪 具有 结构 紧凑 ，灵敏 度 高 ，工作 可 靠等 等优 点 ， 因此 目前 激光 陀螺仪 在很 多 的领 域 已经 完 全取 代 了机械 式的传 统 的陀螺 仪 ，成 为现 代导航 仪 器 中的 关键部 件 。在介
．
传 统 的 惯 性 陀螺 仪 主 要 是 指 机 械 式 的 陀螺 仪 ，机 械式 的陀 螺仪 对工 艺结构 的 要求 很高 ，结 构 复杂 ，它 的精 度受 到 了很 多方面 的制 约 。 目前 ， 由于 光纤 陀螺技 术 也 已经成 熟 ，许 多武 器 系统 已开始 采用 光纤 陀螺 ，如 反潜 鱼雷 、地面 战车 、飞 机 吊舱等 。为 了进 步 降低成 本并 避免 部件 过时 带来 的 问题 ， ２ ０ ０ ４ 年 后交 付的 联合 直接 攻击 弹将 可能 采用 由光纤 陀螺 及ＭＥ ＭＳ 加速 度计 构成 的惯 性测 量 装 置 ，来 取代 以激 光 陀螺 为组件 的惯 性测 量 装 置。
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激光陀螺光强扫模曲线模斜机理分析与改善
收藕 日期 ：２０１８．０４．１２：修 回 日期 ：２０１８．０８．２１ 基 金项 目 ：装备 预先研究项 目 （５１３０９０１０２０２） 作 者简介 ：赵小 宁 （１９７８一 ），男 ，高级工程师 ，从事激光 陀螺 技术研究 。Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｎｚｈａｏ３６９＠１２６．ｔｏｍ
基 于 Ｓａｇｎａｃ效应 ｌｌ之Ｊ的激光 陀螺具有启 动时 间短 、 可靠性 高 、寿命 长 、动 态范 围宽 、数字输 出 、使用成 本低等诸 多优点 ，已成为 目前高精度 陨性导航系统的首 选惯性传感 器 ，广泛应用 于各种惯性导航系统 中［３ ］。 但是 ，许多应 用场合尤 其是军 事领域 ，对 激光陀螺在 高低 温下 的性 能稳定性 和长期 使用情况 下的性能稳定 性要求 越来 越高 。光路 稳定性 是影响激 光陀螺长期稳 定性 的重要 因素之一 。减小稳 频球面镜 运动过程 中产 生 的模 斜 ，能够提 高光路稳定 性 ，进而 能够改善 陀螺 的长 期稳定 性 。而激光 陀螺 光强扫模 曲线模斜是稳 频 球 面镜运 动过程 中反映激光 陀螺光路稳 定性 的重要 指
ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｍ ｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍ ｏｄｅ ｓｌｏｐｅ ｒａｔｉｏ ｂｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｅ—ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｍ ｏｄｅ ｎｕｍｂｅｒ，
ｃｏｎｃａｖｅ ｍｉｒｒｏｒ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｒａｄｉｕｓ ｃｈａｎｇｅ ａｎ ｄ ｃａｖｉｔ ｙ ｌｏｓｓ，ｅｔｃ．ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｆｕｌ ｆ ｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＲＬＧ ａｎｄ ｒｅｆｏｒｍ ｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＲＬＧ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＬＧ；ｍｏｄｅ－－ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｍｏｄｅ ｓｌｏｐｅ ｒａｔｉｏ；ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔ ｙ ｍｏｄｅ·－ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃｕｒｖｅ；ｌｏｎｇ－－ｔｅｒ ｍ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎ ｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
激光陀螺仪的原理和工作特性分析
激光陀螺仪的原理和工作特性分析激光陀螺仪是一种基于光学原理工作的惯性导航仪器，用于测量和监测物体的角速度和方向。
它利用激光束在光纤内传输的方式来感知物体的旋转运动，具有较高的精度和稳定性。
本文将对激光陀螺仪的原理、工作特性以及应用领域进行分析。
激光陀螺仪的原理主要基于两种光学现象：Sagnac效应和干涉测量。
首先是Sagnac效应。
当激光束沿一个封闭的环路进行传播时，如果该环路发生旋转，激光束在顺时针和逆时针方向上会遇到不同的光程差，这会导致干涉现象的产生。
根据Sagnac效应，光程差与旋转速度之间存在线性关系。
因此，通过测量干涉现象可以求得物体的旋转速度。
其次是干涉测量。
激光陀螺仪将激光束分为两束，一束顺时针传播，一束逆时针传播。
两束激光束再次汇聚时，会发生干涉。
这种干涉现象会造成光功率的变化，通过测量光功率的变化可以推导出物体的旋转速度。
激光陀螺仪的工作特性主要体现在以下几个方面。
首先是高精度和稳定性。
激光陀螺仪利用光学原理进行测量，相比传统的机械陀螺仪具有更高的测量精度和长期稳定性。
它可以提供高达0.01°/h的测量精度，适用于对角速度变化需求较高的应用场景。
其次是宽动态范围。
激光陀螺仪可以在较大的转速范围内工作，通常可以覆盖从几度每小时到数十万度每小时的运动速度。
这使得激光陀螺仪在高速旋转的应用中具有优势，例如飞行器导航、导弹制导等。
第三是快速响应和低延时。
激光陀螺仪可以实时获取角速度信息，并以快速响应的方式进行输出。
与传统陀螺仪相比，激光陀螺仪的响应时间更短，延时更小，这使得它在需要实时控制的应用中表现出色。
第四是无需标定和校准。
传统的机械陀螺仪需要进行定标和校准，以消除误差和漂移。
而激光陀螺仪不需要进行这些操作，能够在长期使用过程中保持较高的准确性和一致性。
最后是抗振动和抗冲击。
激光陀螺仪的光学系统和光纤耐受较强的振动和冲击，能够在恶劣环境下稳定工作。
这使得激光陀螺仪适用于需要抗干扰能力较高的应用，例如军事领域和航天领域。
激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪工作原理嘿，朋友！你有没有想过，在我们这个科技飞速发展的时代，有那么多神奇的小玩意儿在默默地为我们的生活和各种高大上的工程助力呢？今天我就想跟你聊聊激光陀螺仪，这可是个超级厉害的家伙！我有个朋友，他是搞航空航天研究的。
有一次我去他的实验室，看到一个不大不小的装置，感觉很神秘。
我就好奇地问他：“这是啥呀？看起来这么酷。
”他就一脸自豪地告诉我：“这就是激光陀螺仪，可是我们这儿的宝贝呢！”当时我就蒙了，激光陀螺仪？这名字听起来就像是科幻电影里的东西。
那这个激光陀螺仪到底是怎么工作的呢？其实啊，你可以把它想象成一个超级精密的小宇宙。
激光陀螺仪里面有一个环形的光路，就像是一条环形的跑道一样。
激光呢，就像一个个超级小的运动员，在这个环形跑道里跑来跑去。
这里面的激光可不是一般的光哦。
它具有非常好的单色性和相干性。
这就好比是一群训练有素、纪律严明的士兵，行动起来整齐划一。
激光在这个环形光路里传播的时候，会产生一种叫做萨格纳克效应的现象。
这萨格纳克效应说起来有点复杂，简单来讲呢，就像是两个人在一个旋转的圆盘上沿着不同方向跑步。
如果圆盘不转，那两个人跑的路程是一样的。
但是一旦圆盘开始旋转，沿着圆盘旋转方向跑的那个人跑的路程就会比反方向跑的那个人长一些。
激光在旋转的环形光路里传播也是类似的道理。
那这个路程的差异怎么被检测到呢？这时候就要靠一些聪明的小设备啦。
当激光在环形光路里跑完一圈后，由于萨格纳克效应产生的相位差就会被检测出来。
这相位差就像是一个小暗号，告诉我们这个激光陀螺仪有没有转动，转动的速度和方向是怎样的。
我当时就问我朋友：“这检测出来的相位差能有多精确啊？”他眼睛放光地说：“那可相当精确了，就像你能精确地知道一根头发丝的千分之一的变化一样。
”激光陀螺仪的精度这么高，在很多地方都能大显身手。
比如说在飞机上，飞机在空中飞的时候，需要时刻知道自己的姿态和航向。
要是没有准确的陀螺仪，就像一个人在黑暗里走路没有方向感一样，那可太危险了。
速率偏频激光陀螺对准实验v3
速率偏频激光陀螺对准实验方案设计1、实验目的（1）研究使用激光陀螺进行对准实验所能达到的对准精度。
（2）对比5213和5219激光陀螺在抖动偏频和速率偏频状态下进行对准实验所达到的效果。
2、激光陀螺对准实验将夹具的水平面的下表面安装固定在实验转台上，并使固定激光陀螺的一面与下表面呈90°。
调整实验转台，尽量使激光陀螺的敏感轴保持水平，且指向正东方向。
假设转台已达到水平，陀螺的敏感轴与正东方向存在小角度偏差ψ∆，如下图所示，s 为陀螺敏感轴方向。
图1 激光陀螺敏感轴示意图当实验转台以角速率r ω正转时，陀螺测得的角速率为sin()g N r g r t ωωωψεωδ=+∆++其中，N ω为地球自转角速率ie ω在正北方向的投影，cos N ie L ωω=，L 为当地纬度；g ε为陀螺漂移；δ为陀螺安装误差，即陀螺敏感轴与水平面夹角。
法1：直接对g ω进行处理[]cos sin sin()cos()1g N r N r r g t t ψψωωωωωωεδ∆⎡⎤⎢⎥∆⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦法2： 离散化后累加111cos sin sin()cos()NN Ngk N r k N r k r k k k g t t N N ψψωωωωωωεδ===∆⎡⎤⎢⎥∆⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦∑∑∑法3：假设第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内转台输出的角速度是恒定的，=Nr zT αω，则陀螺输出的角增量()()N-1(1)N-1(1)N-1N sin[(1)] cos[(1)]() [cos()cos()] zzzz NT gN g N r z g r N T NT N r z g r r N T N z g z N Nt N T t N T t TT ααωωαψεωδωωαψεωδωωαψαψεαδα--=∆=--++∆++⎧⎫=---++∆++⎨⎬⎩⎭=+∆-+∆++∑⎰总总总总N-1N2sin sin()2zN Ng z N NT T ααωαψεαδα+=+∆++总总 即N-1N N-1N cos sin 2sin sin()2sin cos()22z z gNN N N N zN g N N T T T ψψαααααωαωααεααδ∆⎡⎤⎢⎥∆⎡⎤++⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦总总总总其中z T ——取样时间间隔g α∆——陀螺每个T 输出的角增量N ——目前已经过的z T 的个数gN α——第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内陀螺输出的总角增量N α——第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内转台输出的角增量N α总——从0时刻到第z NT 时刻内转台输出的总旋转角度3、速率偏频激光陀螺对准实验停止机械抖振，采用速率偏频进行对准实验。
惯导 激光陀螺误差、光纤陀螺
光纤陀螺 原理公式
求解 La 得到
2R La 1 R / c
类似地，对于光束 b
2R Lb 1 R / c
4R 2 2 c 4Rl ( 2R ) 4R c c
另有
L La L v n t a L t a 8
t a La / c
Sagnac干涉仪——光程差
求解方程组，得到
L L ta La c L / 8 1 L /(8c)
类似，对光束 b，可求得
光程差与输入角速度成正 比 —— 该结论对其它形状 的环路也成立。
对策：增加相位偏置(Phase Biasing)，工作点移至π /2处
光纤陀螺 交流相位偏置
固定相位偏置：幅值难控 交流相位偏置：交变幅值π /2 当输入相移Δ φ ≠0，检测器 的输出情况如下
I 均值的改变量与Δφ成正弦 当输入相移Δ φ =0，检测 器的输出情况（如上） Δφ正负由一次谐波相位判断 相位调制、相位调制器（PM）
计算得：
ΔL=0.175μm，即 λ/ 4 干涉条纹只移动了 1/ 4 条 纹间距 如果用来测量 0.015 0/h 的 角速度，测量精度无法保 证
4A L 4( L / 4) L 4c c c
2 2
激光陀螺——结构
谐振腔(Resonating Cavity)结构：
激光管(光源) + 反射镜(光路)
2
L
对于 N 匝光纤环的情况
两束光之间的光程差
(2 R / c) 2R L La Lb K 称光纤陀螺标度因数 2 1 ( R / c ) 在光纤线圈半径一定的情 4R 2 况下，可通过增加线圈的匝 c 数提高测量的灵敏度
激光陀螺误差模型研究的开题报告
激光陀螺误差模型研究的开题报告
激光陀螺是一种精密惯性导航传感器，其主要原理是利用光纤陀螺的力学性质，通过激光测量陀螺转动角速度的变化，从而实现导航与定位控制。
然而，在实际应用中，激光陀螺的精度受到多种误差因素的影响，如系统噪声、温度漂移、结构松动等，因此需要深入研究其误差模型。
本课题旨在对激光陀螺误差模型进行研究，主要研究内容包括以下几方面：
1. 性能分析：对激光陀螺的基本性能进行分析，如精度、分辨率、带宽等，为后续误差分析打下基础。
2. 误差源识别：通过实验和理论分析，确定激光陀螺的误差来源，包括系统误差和随机误差等。
3. 建立误差模型：根据误差源的分析结果，建立激光陀螺的误差模型，在此基础上进行误差分析和评估。
4. 误差补偿：根据误差模型，采取相应的误差补偿方法，提高激光陀螺的精度和稳定性。
本研究将采用综合理论与实验方法，通过对激光陀螺系统性能及误差源的深入分析，建立完整的误差模型，并根据模型提出有效的误差补偿方法，为激光陀螺在导航
与定位领域的应用提供科学的理论和技术支持。
国内外激光陀螺调研报告
国内外激光陀螺调研报告1、激光陀螺的发展历程和水平1.1激光陀螺发展历程1913年法国物理学家G. Sagnac提出环形光干涉与输入角速度成正比的sagnac效应。
1960年7月7日第一台红宝石固体激光器诞生。
美国人C. V. Heer(1961年)和A. H. Rosenthal（1962年）提出将激光器用于Sagnac干涉仪构成激光陀螺。
1962年0.6328μm波长He-Ne气体激光器实现运转。
此时美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪，其原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。
1963年2月美国斯佩里公司的Macek和Davis宣布他们用环形行波激光器感测转速率获得成功，研制出世界上第一台环形激光陀螺实验装置，该装置的光程长达4米，精度约50?/h。
激光陀螺固有的闭锁效应以及零漂误差等给激光陀螺的研制带来许多困难，直到70年代，美国和法国的一些公司才陆续有激光陀螺产品问世。
1972年，霍尼韦尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪，经随后的改进后其零漂值达0.004o/h，尺寸大小为18cm×20cm×5cm，重量为3公斤。
1975年，霍尼韦尔公司又研制出机械抖动偏频的单轴激光陀螺，并首次成功地应用于战术飞机。
激光陀螺从此进入实用阶段。
并且成功地应用到战术导弹、直升机、潜艇、运载火箭等项目上。
80年代初期，激光陀螺进入批量生产阶段。
1982年，霍尼韦尔公司研制的ARINC 704激光陀螺惯性基准系统正式投入民用航线使用，该系统使用的是GG1342激光陀螺。
现在，世界上的大中型民航客机（如波音系列和空中客车系列）基本上都安装了激光陀螺惯性基准系统，用于导航与稳定。
80年代后期，霍尼韦尔公司和Litton公司研制成功的激光陀螺产品零漂值优于0.01o/h，在航空领域获得广泛的应用。
90年代，又解决了激光陀螺的光学集成和数字化技术，使其更加易于工程实现。
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ＶＯ１ ． ４３ Ｎ Ｏ． ２
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｒａ ｆ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ￣ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ
２ ０ １ ４年 ２ 月
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
激 光 陀螺 跳 模 规 律 研 究
ｔ ｈｅ ｂａ ｃ ｋｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｐ ｅ ｉｏ ｒ ｄ ｉ ｃ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｉｎ ｋ ｇ ｍ ｏ ｄ ｅ
有 明显 变化 ， 而跳 在 相邻 模 式上会 引起 陀螺 锁 区变大 、 零偏 发 生跳 变， 给性 能 带 来较 大 影响 。针 对 跳
模规 律提 出了合理 的跳模 控 制建议 ， 并通 过 实验 验证 了上述 结论 。
关键 词 ： 激 光 陀螺 ； 工作模 式 ； 跳模 ； 零偏 ； 背 向散 射 中图分 类号 ： Ｖ２ ４ １ ． ５ ５ ８ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：ｌ ０ ０ ７ — ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ５ ０ ２ — ０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｉ ｓ ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｙ ｔ ｏ ｈ ｏ ｐ ｗｈ ｅ ｎ ｉ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｆ ｏ ｒ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｍｂ ｉ ｅ ｎ ｔ
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｊ ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｏ ，
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许光 明 ， 王 飞， 谢 元 平
（ 国防科 学技 术 大 学 光 电：激 光 陀螺 长期 工作 或环 境 温度 变化较 大 时有 可能 发 生跳模 现 象，跳 模 会 对 陀螺 的性 能 带 来 较 大 的影响 。通 过对 激光 陀螺 相邻模 的背 向散 射 特性 的分 析 ， 发 现 背 向散 射光 强呈现 周期 性 ， 且 与 工 作模 式之 间存在 严格 的 对应 关 系 ， 由此得 出激 光 陀螺跳模 规律 ， 即跳 在 相 同的模 式上 陀螺 性 能前后 没
ａ ｄ ｊ ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｇ ｙ ｒ ｏ Ｓ ｌ ｏ ｃ ｋ — ｉ ｎ ｗ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｉ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ａ ｓ ｗ ｉ ｌ ｌ ｊ ｕ ｍｐ ，ａ ｎ ｄ ｇ ｙ ｒ ｏ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ ．
ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ． Ｔｏ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｏ ｗｉ ｌ ｌ ｂ ｉｎ ｒ ｇ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｔ Ｓ
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