光纤陀螺技术及其应用
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萨格奈 克 效应是 法 国学者 萨格 奈克 （ ．ａｎｃ ＧＳｇ ａ） 提 出的 ，它 构成 了现代 光学 陀螺— — 激光 陀螺和 光
纤 陀螺 的理论 基础 。
（） １
／ｏ ＬＣ
式 中， 为光路 所包 围 的面积 ，对 于光 纤线 圈而言 ，
Ｓｚ２ ＝ Ｒ ；Ｎ为光纤匝数； 为光波长 ； 为真空中的 ｃ ０ ｃ
圈的延伸长度制成 的，无需截断光纤，因此精度较
前 者更胜 一 筹 。
图 １ 光纤 陀螺 仪 原 理 图
３ 光纤 陀螺 的关键技术和待解决 的
问题
３１ 纤熔 接技 术 ．光 光 路 连 接 时进 行 的光 纤熔 接 效 果可 能会 对 光 纤陀螺 仪 的整体 性 能产生很 大 影响 ，所 以在 光路 设
ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｔｔ ｓｏ ｂ ｒ ｐ ｃｇ ｒ ｓ ｏ ｅｉ ｌ ａ ｎ ｉ ｉ ｆ ｌ ｓａ ｅａ ｓ ｖ ｌ ｅ ｅｐ ｐ ｒ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ａ ｕ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｃ ｐ ｍｉ ｔｒ ａ ｄｃ ｖ ｌ ｅｄ ｒ ｌｏ ｉ ｏ ｖ ｄ ｉ ｔ ａ ｅ ． ｓ ｉ ｆ ｏｉ ｎ ｉｙ ｉ ｎ ｎ ｈ
目前 ，光纤 陀螺 仪主 要用 于在汽 车 自动导航 系 统 、汽 车姿态 控制 系统 、汽车 控制 仪器 。另外 ，在 列 车导 航 中也有 应用 Ｉ。 以光 纤 陀螺 为基础 的定 位 ６ Ｊ
采用框架引入机械运动改变 陀螺工作方式 ，均可在
一
定程度 上 降低动 态 误差对 系统 的影 响 。
２１干涉 型光 纤 陀螺仪 ．
干涉型光纤陀螺仪属于第一代光纤陀螺仪 ，也 是发展较为完善的一类，目前应用最广泛 。它是利 用干涉测量技术把相位调制光转变为振幅调制光；
把 光相 位 的直接 测量 转化 成光 强度测 量 ，这 样就 能
比较简单地测出 Ｓ ｇａ 相位变化。 ａｎｃ 它采用多匝光纤
构成的双波环形干涉仪可提供较高的精度，但这也
势 必会 使整 体结 构更 加复 杂 ，相应 的光 纤 陀螺 的体
积 也较 大 。
２２ 谐振 式光 纤 陀螺 仪 ． 谐 振式 光 纤陀螺 仪是第 二 代光 纤陀 螺仪 ，它采
用环形谐振腔增强 Ｓｇ ａ 效应 ， ａｎｃ 利用循环传播提高 精度， 因此它可以采用较短光纤。 谐振型光纤陀螺通 过检测环形谐振腔 的谐振频率 的变化来检测旋转 角速度 ，采用较短的光纤来实现 ，所以谐振型光纤 陀螺体 积较 小 ，而 且 为 了利 用光 的谐 振现 象 ，它 采 用高于涉型光源 。谐振式光纤陀螺仪需要采用强相 干光源来增强谐振腔 的谐振效应，但 由于强相干光 源也带来许 多寄生效应，如何消除这些寄生效应是 目前的主要技术障碍。 ２ ． ３受激布里渊散射光纤陀螺仪 布里渊散射光 纤陀螺仪属 于第三代光纤 陀螺
中图分 类号 ：Ｔ ６ Ｎ９５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１７—９６（Ｏ １ ５３９０ ６４７７ 一 ｌ） —７—４ ２ ０
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｐ ｉａｉ ｎｏ ｉ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄＡｐ ｌ ｔ ｆ ｂ ｒ ｃ ｏ Ｆ Ｏｐ ｉ Ｇｙ ｏ ｃ ｐ ｃ
础研 究 阶段 ， 尚有 许 多 问题 需要 进一 步探 索 。
仪 ，是 利用 大功 率激 光器 发 出的光在 光 纤 中引起布
里渊散射而构成的陀螺仪，它利用谐振腔中沿相反 方 向传播的谐振光频差与旋转角速度成 比例来测
量 旋转体 的角速度 。该型 光纤 陀螺 仪用泵 浦激 光器 耦合 进入 光 纤线 圈 中，并产 生增 幅 的布里渊 散射 ， 在 光纤线 圈中产 生光 学谐振 。它用光 纤线 圈代 替 了
环形激光腔， 不需要高反射率的反射镜和高真空封 装， 因此结构简化、 体积减小， 而且生产成本降低，
使 陀螺 全 固体化 。虽 然布 里渊 散射光 纤 陀螺 仪 比前
两代又有改进 ，但 目 前还处于理论研究阶段。
根据 采用 光学 元器 件 的不 同 ，谐 振式 光 纤陀螺 又 可 以分为集 成光 型 和全光 纤型 ，光纤 陀螺集 成光 学型小 型 、可靠 ，可 以在平 面工 艺线 上批 量生 产 ， 成 本较低 ；全光 纤型 的所 有光 学元件 都 是 由光纤线
Ｋｅ ｒ ： Ｆｂ ｒ ｔ ｒ ｓｏ ｅ Ｓ ｇ ａ ； Ｓ ａｅＦ ｃｏ ； Ｅｒｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｅ ｉ Ｇｙ ｏｃ ｐ ； ａ ｎ ｃ Ｏｐ ｃ ｃ ｌ ａ ｔｒ ｒｒ
１７ 年 ， 国 Ｕｔ ９６ 美 ａ 学 的 Ｖ ｌ和 ＲＷ Ｓ ｏｔｉ ｈ大 ａｉ ． ｈｒ ｌ ｈｌ 成 功地制 作 了第 一个 光 纤 陀螺 （ＯＧ）…。它 标志 Ｆ
成两束光波，分别绕 闭合光路沿相反方向传播，接
着通 过另 一个 分束 器最终 会合 于探测 器 ，当系统静
着第二代光学陀螺——光纤陀螺的诞生 （ 第一代光
学 陀螺 为 激光 陀螺 ） 。光 纤 陀螺一 问世就 以其 明显 的优 点 ，结 构 的灵活 性 以及诱 人 的前 景 ，引起 了世
止时，两束波的相位差为零 ，当闭合光路存在旋转 运动时，两束光波会存在附加相位差 。这是因为光
线 圈来 增强 Ｓ ｇａ 效 应 ， ａｎｃ 一个 由多匝单 模光 纤线 圈
计 的时候要尽量减少光路接头 。光纤熔接时， 要尽
量减少 对轴 误差 产 生的影 响 。普通 单模 光纤 之 间的 熔 接基 本可 以不考 虑 其影 响 ，单模 光纤 和保 偏光 纤 的熔接 损耗 一般 也很 小 ，对 于偏振 光 的偏 振 影响 也 可 以忽略 ，但 是对 于 非偏振 光 的影 响 ，保偏 光纤 的 作用相 当 于偏振 器 的作用 ，会改变 其偏 振态 。保偏 光 纤偏 振主 轴 的对 准 比较 困难 ，光 纤之 间 的熔 接 则
波在 顺 时针 旋 转 的光 纤 中 的传 播 速 度 和 在 逆 时针 旋转 的光 纤 中的传播 速度 存在 差异 。该 相位 差 的计
算 公式 为
８ ｃＳ ｚ Ｎ ｏ
： —
～
界上许多国家大学和科研机构 的普遍重视，三十多
年来 获得 了很 大 的进 展 。
１光纤陀螺 的基本原理 ［。 ２】 ］ 【
光速 。所 以只要 测得 相位差 ，就可 以求 出光 纤线 圈
萨格 奈 克效应 是指 ，在 一个 任意 几何 形状 的 闭 合光 学环 路 中 ，从任 意一 点 出发 、沿 相反 方 向传播 的两 束光波 ，绕 行一 周返 回到 该 点时 ，如 果 闭合 光 路 相对 惯性 空 间沿某 一方 向转 动 ，则 两束光 波 的相
需要专用的偏振光纤熔接机 。另外光纤与偏振耦合
器 的连 接 也是技 术难 点之 一 。 ３２ 光纤 绕制 技术 ． 由于 光 纤敏 感 线 圈 受 到温 度 变 化 或 振 动 等 环
境因素的影响会产生噪声 ，影响光纤陀螺的精度 ， 所 以敏感光 纤线圈的绕制是 实现光纤陀螺互易性 的一个关键技术。要保证两个方 向传输 的激光保持 物理特性相同， 才能减小环境变化对陀螺产生的误 差。由于温度梯度给陀螺的稳定性带来影响，要使 光纤陀螺达到高精度水平，在陀螺的偏置稳定性达
投入 生产 和使 用 ，少数 产 品 已经 经过 实战演 练并 列 装 。光 纤 陀螺仪 在各类 系统 中 的性能及 主要 用途 如 表 ２所示 。 表 ２ 光纤 陀螺仪 的主要 用途 及性 能
主要用途 漂移 率
３ － ３误差检测和补偿技术
对 于 中高精度 的光 纤 陀螺仪 ，影 响其 性 能 的一 项关 键技 术就 是误 差 的检测 。光 纤 陀螺仪产 生 误差
的主要原因和解决方法如表 １ 所示。
表 １误差 原因及 解决 方法
误差原 因 解 决方法
短期导弹系统、战术导弹、小型舰艇 及反潜武器
温度误差
对温度变化进行无源控制
对冲击和振动进行无源隔离 对温 度进行有 源和无源 的控
低性能：近／ 中程导弹、一般飞机
中性 能：近程 导弹 、军用飞机 高性 能： 大型舰艇、 潜艇、 战略导弹 、 超高速 隐形飞机 、卫星 、宇宙飞船
与控 制 和质 量 管理 方面 的研 究 。
兀 攸 兀 上 原 分 三 ： 涉 光ｌ 按 光 工Ｆ 可’ 类 干 ； 螈拭 子， 理 为矢 秒 纤 螺其 学作 刀 二 丁 ｐ 陀 匕 ｆ 月
・８ ３０・
现代 导航
２ １ 生 ０１
式光纤陀螺 （ Ｆ Ｇ） Ｉ Ｏ 、谐振式光纤陀螺 （ —Ｏ ． ＲＦ Ｇ） 和受激布里渊散射式光纤陀螺 （ ．Ｏ 。其中干 ＢＦ Ｇ） 涉式光纤陀螺技术 已完全成熟并产业化，而谐振式 光纤 陀螺和受激布里渊散射式光纤陀螺还 处于基
加 ，特别用于高性能战略导弹制导的光纤陀螺仪 ，
已经实 现 了零 的突破 。
４２ 光纤 陀螺 仪在 民用领 域 的应用 ．
法拉第效应
克尔效应
作为旋转角速度传感器之一的光纤陀螺仪，由
于 其具 有无 可动 部分 、结构 简单 ，启动 时间短 ，小 型 ，重 量轻 ，功耗 低 ，动 态 范 围宽等特 征 ，所 以特
１ ０／ ～１ ｏ ｈ
０１ ｏ ．Βιβλιοθήκη １／ ｌ振 动 误 差 温度波动变化
制，采 用温度 系数 小 的光纤 材料 ，光纤环 精确绕成 中心
对称
近 年来 ，用 于 短期制 导 的光纤 陀螺 开始逐 渐减 少 ，而用 于 中程 和远 程制 导 的光 纤 陀螺开 始逐渐 增
背 向光散射
使用光隔离器消除 回光影响 采用 磁屏蔽 的方法对磁场 进 行无源控制 采用低相干光源
的旋转速率。相位差的测量则是通过对两束光波的 干涉条纹图样变化的检测实现的，干涉条纹的移动 对应着两束反向光波之间产生的附加相位差变化。
位将发生变化，这种现象被称为萨格奈克效应【。 ２ 】 如图 １ 所示 ，准直光源发 出的光波经分束器分
２光纤陀螺的分类
莱 ，级 程，士冀导 ＿事航制 人高工师硕研 师 导 、导 究 ， 生 从
别 适用 于汽 车工 业 ，并且 已经得 了广泛 的应 用 。
另外 ， 由于 陀螺 的实 时性 ，系 统还 存在 时变 的 动 态误 差 。这 时可 以通过 采用 卡尔 曼滤波 技 术进行
系统标定和对准，并对误差进行估计和补偿可预测
的误差 ，或者对 系 统产生 的动 态误 差利 用工程 技 术
第５ ３期
于运治 等 ：光纤陀螺技 术及其应用
・８ ３ １・
到的水平后，光纤环的温度梯度影响就尤为重要，
所 以在满 足微 弯损 耗要 求 的条件 下 ，对称 绕法 和 四 级绕 法都 可 以在减 少热 致非 互 易性【。 ５ ］
４１光纤陀螺仪在军用领域的应用 ． 目 ，美、日、德等国家 已有三十多个实验室 前 专用于研究光纤陀螺技术，第一代光纤陀螺仪早 已
】 Ｙ ｎ ｈ ， ＧＵＯ Ｚ ｉ ｉｎ ， ｕｚ ｉ ｈｑ ａ ｇ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔｅ ｒ，ｃ ｔｇ ｒｅ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｏ ｂ ｒ ｏ ｔ ｙ ｏ ｃ ｐ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ａ ｔ ｈ ｈ ｏｙ ａｅ ｏ ｉｓ ａ ｄ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇｅ ｆ ｆ ｅ ｐ ｉ ｇ ｒ ｓｏ ｅ ａｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ．Ｔｈ ｐ ｌ ａｉｎ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｎ ｃ ｏ
２１年 １ ０ １ ０月第 ５期
现代 导航
・７ ３ ９・
光纤陀螺技术及其应 用
于运 治 ，郭 志 强
（ 海军潜艇学 院，青 岛 ２ ６ ４ ） ６ ０４
摘
要：本文介绍 了惯性仪表光纤 陀螺仪 的基本原理及其分类，分析 了光纤陀螺仪的关键技
术，同时，根据 光纤陀螺仪在军用和民用领域的应用情况介绍 了其发展状况。 关键词：光纤陀螺；萨格奈克；标度 因数；误差
纤 陀螺 的理论 基础 。
（） １
／ｏ ＬＣ
式 中， 为光路 所包 围 的面积 ，对 于光 纤线 圈而言 ，
Ｓｚ２ ＝ Ｒ ；Ｎ为光纤匝数； 为光波长 ； 为真空中的 ｃ ０ ｃ
圈的延伸长度制成 的，无需截断光纤，因此精度较
前 者更胜 一 筹 。
图 １ 光纤 陀螺 仪 原 理 图
３ 光纤 陀螺 的关键技术和待解决 的
问题
３１ 纤熔 接技 术 ．光 光 路 连 接 时进 行 的光 纤熔 接 效 果可 能会 对 光 纤陀螺 仪 的整体 性 能产生很 大 影响 ，所 以在 光路 设
ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｔｔ ｓｏ ｂ ｒ ｐ ｃｇ ｒ ｓ ｏ ｅｉ ｌ ａ ｎ ｉ ｉ ｆ ｌ ｓａ ｅａ ｓ ｖ ｌ ｅ ｅｐ ｐ ｒ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ａ ｕ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｃ ｐ ｍｉ ｔｒ ａ ｄｃ ｖ ｌ ｅｄ ｒ ｌｏ ｉ ｏ ｖ ｄ ｉ ｔ ａ ｅ ． ｓ ｉ ｆ ｏｉ ｎ ｉｙ ｉ ｎ ｎ ｈ
目前 ，光纤 陀螺 仪主 要用 于在汽 车 自动导航 系 统 、汽 车姿态 控制 系统 、汽车 控制 仪器 。另外 ，在 列 车导 航 中也有 应用 Ｉ。 以光 纤 陀螺 为基础 的定 位 ６ Ｊ
采用框架引入机械运动改变 陀螺工作方式 ，均可在
一
定程度 上 降低动 态 误差对 系统 的影 响 。
２１干涉 型光 纤 陀螺仪 ．
干涉型光纤陀螺仪属于第一代光纤陀螺仪 ，也 是发展较为完善的一类，目前应用最广泛 。它是利 用干涉测量技术把相位调制光转变为振幅调制光；
把 光相 位 的直接 测量 转化 成光 强度测 量 ，这 样就 能
比较简单地测出 Ｓ ｇａ 相位变化。 ａｎｃ 它采用多匝光纤
构成的双波环形干涉仪可提供较高的精度，但这也
势 必会 使整 体结 构更 加复 杂 ，相应 的光 纤 陀螺 的体
积 也较 大 。
２２ 谐振 式光 纤 陀螺 仪 ． 谐 振式 光 纤陀螺 仪是第 二 代光 纤陀 螺仪 ，它采
用环形谐振腔增强 Ｓｇ ａ 效应 ， ａｎｃ 利用循环传播提高 精度， 因此它可以采用较短光纤。 谐振型光纤陀螺通 过检测环形谐振腔 的谐振频率 的变化来检测旋转 角速度 ，采用较短的光纤来实现 ，所以谐振型光纤 陀螺体 积较 小 ，而 且 为 了利 用光 的谐 振现 象 ，它 采 用高于涉型光源 。谐振式光纤陀螺仪需要采用强相 干光源来增强谐振腔 的谐振效应，但 由于强相干光 源也带来许 多寄生效应，如何消除这些寄生效应是 目前的主要技术障碍。 ２ ． ３受激布里渊散射光纤陀螺仪 布里渊散射光 纤陀螺仪属 于第三代光纤 陀螺
中图分 类号 ：Ｔ ６ Ｎ９５ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１７—９６（Ｏ １ ５３９０ ６４７７ 一 ｌ） —７—４ ２ ０
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｐ ｉａｉ ｎｏ ｉ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄＡｐ ｌ ｔ ｆ ｂ ｒ ｃ ｏ Ｆ Ｏｐ ｉ Ｇｙ ｏ ｃ ｐ ｃ
础研 究 阶段 ， 尚有 许 多 问题 需要 进一 步探 索 。
仪 ，是 利用 大功 率激 光器 发 出的光在 光 纤 中引起布
里渊散射而构成的陀螺仪，它利用谐振腔中沿相反 方 向传播的谐振光频差与旋转角速度成 比例来测
量 旋转体 的角速度 。该型 光纤 陀螺 仪用泵 浦激 光器 耦合 进入 光 纤线 圈 中，并产 生增 幅 的布里渊 散射 ， 在 光纤线 圈中产 生光 学谐振 。它用光 纤线 圈代 替 了
环形激光腔， 不需要高反射率的反射镜和高真空封 装， 因此结构简化、 体积减小， 而且生产成本降低，
使 陀螺 全 固体化 。虽 然布 里渊 散射光 纤 陀螺 仪 比前
两代又有改进 ，但 目 前还处于理论研究阶段。
根据 采用 光学 元器 件 的不 同 ，谐 振式 光 纤陀螺 又 可 以分为集 成光 型 和全光 纤型 ，光纤 陀螺集 成光 学型小 型 、可靠 ，可 以在平 面工 艺线 上批 量生 产 ， 成 本较低 ；全光 纤型 的所 有光 学元件 都 是 由光纤线
Ｋｅ ｒ ： Ｆｂ ｒ ｔ ｒ ｓｏ ｅ Ｓ ｇ ａ ； Ｓ ａｅＦ ｃｏ ； Ｅｒｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｅ ｉ Ｇｙ ｏｃ ｐ ； ａ ｎ ｃ Ｏｐ ｃ ｃ ｌ ａ ｔｒ ｒｒ
１７ 年 ， 国 Ｕｔ ９６ 美 ａ 学 的 Ｖ ｌ和 ＲＷ Ｓ ｏｔｉ ｈ大 ａｉ ． ｈｒ ｌ ｈｌ 成 功地制 作 了第 一个 光 纤 陀螺 （ＯＧ）…。它 标志 Ｆ
成两束光波，分别绕 闭合光路沿相反方向传播，接
着通 过另 一个 分束 器最终 会合 于探测 器 ，当系统静
着第二代光学陀螺——光纤陀螺的诞生 （ 第一代光
学 陀螺 为 激光 陀螺 ） 。光 纤 陀螺一 问世就 以其 明显 的优 点 ，结 构 的灵活 性 以及诱 人 的前 景 ，引起 了世
止时，两束波的相位差为零 ，当闭合光路存在旋转 运动时，两束光波会存在附加相位差 。这是因为光
线 圈来 增强 Ｓ ｇａ 效 应 ， ａｎｃ 一个 由多匝单 模光 纤线 圈
计 的时候要尽量减少光路接头 。光纤熔接时， 要尽
量减少 对轴 误差 产 生的影 响 。普通 单模 光纤 之 间的 熔 接基 本可 以不考 虑 其影 响 ，单模 光纤 和保 偏光 纤 的熔接 损耗 一般 也很 小 ，对 于偏振 光 的偏 振 影响 也 可 以忽略 ，但 是对 于 非偏振 光 的影 响 ，保偏 光纤 的 作用相 当 于偏振 器 的作用 ，会改变 其偏 振态 。保偏 光 纤偏 振主 轴 的对 准 比较 困难 ，光 纤之 间 的熔 接 则
波在 顺 时针 旋 转 的光 纤 中 的传 播 速 度 和 在 逆 时针 旋转 的光 纤 中的传播 速度 存在 差异 。该 相位 差 的计
算 公式 为
８ ｃＳ ｚ Ｎ ｏ
： —
～
界上许多国家大学和科研机构 的普遍重视，三十多
年来 获得 了很 大 的进 展 。
１光纤陀螺 的基本原理 ［。 ２】 ］ 【
光速 。所 以只要 测得 相位差 ，就可 以求 出光 纤线 圈
萨格 奈 克效应 是指 ，在 一个 任意 几何 形状 的 闭 合光 学环 路 中 ，从任 意一 点 出发 、沿 相反 方 向传播 的两 束光波 ，绕 行一 周返 回到 该 点时 ，如 果 闭合 光 路 相对 惯性 空 间沿某 一方 向转 动 ，则 两束光 波 的相
需要专用的偏振光纤熔接机 。另外光纤与偏振耦合
器 的连 接 也是技 术难 点之 一 。 ３２ 光纤 绕制 技术 ． 由于 光 纤敏 感 线 圈 受 到温 度 变 化 或 振 动 等 环
境因素的影响会产生噪声 ，影响光纤陀螺的精度 ， 所 以敏感光 纤线圈的绕制是 实现光纤陀螺互易性 的一个关键技术。要保证两个方 向传输 的激光保持 物理特性相同， 才能减小环境变化对陀螺产生的误 差。由于温度梯度给陀螺的稳定性带来影响，要使 光纤陀螺达到高精度水平，在陀螺的偏置稳定性达
投入 生产 和使 用 ，少数 产 品 已经 经过 实战演 练并 列 装 。光 纤 陀螺仪 在各类 系统 中 的性能及 主要 用途 如 表 ２所示 。 表 ２ 光纤 陀螺仪 的主要 用途 及性 能
主要用途 漂移 率
３ － ３误差检测和补偿技术
对 于 中高精度 的光 纤 陀螺仪 ，影 响其 性 能 的一 项关 键技 术就 是误 差 的检测 。光 纤 陀螺仪产 生 误差
的主要原因和解决方法如表 １ 所示。
表 １误差 原因及 解决 方法
误差原 因 解 决方法
短期导弹系统、战术导弹、小型舰艇 及反潜武器
温度误差
对温度变化进行无源控制
对冲击和振动进行无源隔离 对温 度进行有 源和无源 的控
低性能：近／ 中程导弹、一般飞机
中性 能：近程 导弹 、军用飞机 高性 能： 大型舰艇、 潜艇、 战略导弹 、 超高速 隐形飞机 、卫星 、宇宙飞船
与控 制 和质 量 管理 方面 的研 究 。
兀 攸 兀 上 原 分 三 ： 涉 光ｌ 按 光 工Ｆ 可’ 类 干 ； 螈拭 子， 理 为矢 秒 纤 螺其 学作 刀 二 丁 ｐ 陀 匕 ｆ 月
・８ ３０・
现代 导航
２ １ 生 ０１
式光纤陀螺 （ Ｆ Ｇ） Ｉ Ｏ 、谐振式光纤陀螺 （ —Ｏ ． ＲＦ Ｇ） 和受激布里渊散射式光纤陀螺 （ ．Ｏ 。其中干 ＢＦ Ｇ） 涉式光纤陀螺技术 已完全成熟并产业化，而谐振式 光纤 陀螺和受激布里渊散射式光纤陀螺还 处于基
加 ，特别用于高性能战略导弹制导的光纤陀螺仪 ，
已经实 现 了零 的突破 。
４２ 光纤 陀螺 仪在 民用领 域 的应用 ．
法拉第效应
克尔效应
作为旋转角速度传感器之一的光纤陀螺仪，由
于 其具 有无 可动 部分 、结构 简单 ，启动 时间短 ，小 型 ，重 量轻 ，功耗 低 ，动 态 范 围宽等特 征 ，所 以特
１ ０／ ～１ ｏ ｈ
０１ ｏ ．Βιβλιοθήκη １／ ｌ振 动 误 差 温度波动变化
制，采 用温度 系数 小 的光纤 材料 ，光纤环 精确绕成 中心
对称
近 年来 ，用 于 短期制 导 的光纤 陀螺 开始逐 渐减 少 ，而用 于 中程 和远 程制 导 的光 纤 陀螺开 始逐渐 增
背 向光散射
使用光隔离器消除 回光影响 采用 磁屏蔽 的方法对磁场 进 行无源控制 采用低相干光源
的旋转速率。相位差的测量则是通过对两束光波的 干涉条纹图样变化的检测实现的，干涉条纹的移动 对应着两束反向光波之间产生的附加相位差变化。
位将发生变化，这种现象被称为萨格奈克效应【。 ２ 】 如图 １ 所示 ，准直光源发 出的光波经分束器分
２光纤陀螺的分类
莱 ，级 程，士冀导 ＿事航制 人高工师硕研 师 导 、导 究 ， 生 从
别 适用 于汽 车工 业 ，并且 已经得 了广泛 的应 用 。
另外 ， 由于 陀螺 的实 时性 ，系 统还 存在 时变 的 动 态误 差 。这 时可 以通过 采用 卡尔 曼滤波 技 术进行
系统标定和对准，并对误差进行估计和补偿可预测
的误差 ，或者对 系 统产生 的动 态误 差利 用工程 技 术
第５ ３期
于运治 等 ：光纤陀螺技 术及其应用
・８ ３ １・
到的水平后，光纤环的温度梯度影响就尤为重要，
所 以在满 足微 弯损 耗要 求 的条件 下 ，对称 绕法 和 四 级绕 法都 可 以在减 少热 致非 互 易性【。 ５ ］
４１光纤陀螺仪在军用领域的应用 ． 目 ，美、日、德等国家 已有三十多个实验室 前 专用于研究光纤陀螺技术，第一代光纤陀螺仪早 已
】 Ｙ ｎ ｈ ， ＧＵＯ Ｚ ｉ ｉｎ ， ｕｚ ｉ ｈｑ ａ ｇ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔｅ ｒ，ｃ ｔｇ ｒｅ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｏ ｂ ｒ ｏ ｔ ｙ ｏ ｃ ｐ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ａ ｔ ｈ ｈ ｏｙ ａｅ ｏ ｉｓ ａ ｄ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇｅ ｆ ｆ ｅ ｐ ｉ ｇ ｒ ｓｏ ｅ ａｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ．Ｔｈ ｐ ｌ ａｉｎ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｎ ｃ ｏ
２１年 １ ０ １ ０月第 ５期
现代 导航
・７ ３ ９・
光纤陀螺技术及其应 用
于运 治 ，郭 志 强
（ 海军潜艇学 院，青 岛 ２ ６ ４ ） ６ ０４
摘
要：本文介绍 了惯性仪表光纤 陀螺仪 的基本原理及其分类，分析 了光纤陀螺仪的关键技
术，同时，根据 光纤陀螺仪在军用和民用领域的应用情况介绍 了其发展状况。 关键词：光纤陀螺；萨格奈克；标度 因数；误差