项目名称全光纤陀螺新型光路、零点漂移抑制及态范围扩展

1、项目名称：全光纤陀螺新型光路、零点漂移抑制及态范围扩展的应用基础研究候选单位（含排序）：北京大学，中国农业大学候选人（含排序）：王子宇，王心悦，杨川川，何昌洪，汪沁，谈仲伟，谢君，周柱项目简介（与申报推荐书中“项目简介”一致）：光纤陀螺是1970年代问世的新一代惯性传感器，具有许多独特的优点。长期以来，由于光纤陀螺的战略重要性和生产成本等原因，主要应用于国防领域，在国民经济建设领域的推广应用明显滞后。光纤陀螺现有二个传统的光路技术方案，（1）光波导+光纤，（2）全光纤。全光纤陀螺具有可靠性高、成本低的特点，特别适合在国民经济建设领域中推广应用，但传统全光纤陀螺的测量精度与动态范围相互制约，因而

2、测量精度偏低，限制了其推广应用。本项目针对全光纤陀螺存在的问题，通过对基础理论和机理性问题的研究，提出了多项创新技术，大幅度提高了全光纤陀螺的测量精度，同时进一步降低了生产成本，为全光纤陀螺在国民经济建设领域的推广应用奠定了基础。主要科学发现和成果如下：（1）提出了一种新概念的光纤器件，即具有起偏振功能的熊猫光纤拉锥型耦合器，通过理论分析揭示了其工作原理和制备方法。该成果发表在 Scientific Reports、Applied Optics。依托新概念光纤器件，提出并实现了全光纤陀螺新型互易光路，使全光纤陀螺的光路得到进一步简化。该成果可提高全光纤陀螺的测量精度、可靠性，并降低生产成本，获

3、得美国、中国发明专利权各1项，论文发表在Applied Optics。（2）提出并实现了PZT相位调制器的复合相位调制方案，成果获得美国、中国发明专利权各1项，论文发表在Optics Letters。通过对熊猫保偏光纤内部应力的理论分析，提出了制备此类光纤器件过程中的偏振轴精确自对准方法，该方法可大幅度改善此类光纤器件的技术参数和成品率，并纠正了长期以来关于此类器件工作轴的不恰当选择，论文发表在Optics Express。此成果使全光纤陀螺的零点漂移下降了2个数量级，测量精度进入了高精度陀螺等级。（3）在全光纤陀螺电路中引入DSP系统，自主开发新算法，使全光纤陀螺的动态范围扩大了1-2个数量

4、级。该技术获得1项美国发明专利权，2项中国发明专利权，在Optics Letters，Applied Optics，Optical Engineering发表论文共4篇。2012年以来，项目成果通过技术服务方式进行了转让，合同技术服务费共计469.7万元。目前，项目组已到账309.7万元。依托本项目成果研制的全光纤陀螺产品已在国内外销售100余只，应用于石油勘探和开采、煤炭勘探和开采、地质勘探、高铁轨道检测、车辆自动驾驶等领域，其中36只陀螺出口欧洲、中东、南美洲国家。本成果获得2014年日内瓦国际发明博览会金奖、中国发明协会第七届国际发明展览会金奖。5.相关证明材料：（1）技术发明、技术开发

5、、社会公益、重大工程、软科学研究类：申报推荐书中“五、主要证明目录”所有内容；（2）基础研究类：申报推荐书中“四、代表性论文、著作发表情况及第三方评价”内容（不含4.4第三方评价主要内容）、“五、其他证明目录”内容；代表性论文、著作发表情况1. Xinyue Wang, Freya Thomas and Ziyu Wang, "Semi-reciprocal polarization maintaining fibre coupler with distinctive transmission characteristics", Scientific Reports, sr

6、ep17268, Nov. 27, 2015. SCI-CX0NI, IF=5.2282. Xinyue Wang and Ziyu Wang, "A revised minimum reciprocity configuration and actualization methodology of all-fiber interferometric optic gyroscopes", Applied Optics, Vol.50, No.11, May 1, 2011. pp.1856-1860. SCI-756NH, IF=1.7483. Xinyue Wang, C

7、hanghong He and Ziyu Wang, "A method for suppressing the bias drift of interferometric all-fiber optic gyroscopes", Optics Letters, Vol.36, No.7, pp.1191-1193, April 1, 2011. SCI-746ML, IF=3.3994. Xinyue Wang and Ziyu Wang, "Self-aligning polarization strategy for making side polished

8、 polarization maintaining fiber devices", Optics Express, Vol.18, No.1, pp.49-55, Jan. 5, 2010. SCI-539JE, IF=3.7535. Qin Wang, Chuanchuan Yang, Xinyue Wang and Ziyu Wang, "All-digital signal-processing open-loop fiber-optic gyroscope with enlarged dynamic range", Optics Letters, Vol.

9、 38, No. 24, pp.5422-5425, Dec. 15, 2013. SCI-275UB, IF=3.1796. Changhong He, Chuanchuan Yang, Xinyue Wang, Ziyu Wang, "Enhanced multi-position method to suppress the north finding error caused by bias drift with fiber optic gyroscopes", Applied Optics, Vol.52, No.16 (06/01/2013). pp.5303-

10、5311. SCI-185ZV, IF=1.6497. Changhong He, Chuanchuan Yang and Ziyu Wang, "Fusion of finite impulse response filter and adaptive Kalman filter to suppress angle random walk of fiber optic gyroscopes", Optical Engineering, Vol.51, No.12, pp.124401, Dec.12, 2012. SCI-083KV, IF=0.8808. Xinyue

11、Wang, Chaojun Wu and Ziyu Wang, "In-Line Fiber-Optical Polarizer with High Extinction Ratios and Low Insertion Loss", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.51, No.7, pp.1763-1765, July 1, 2009. SCI-443JE, IF=0.6829. Qin Wang, Jun Xie, Chuanchuan Yang, Changhong He, Xinyue Wang and

12、Ziyu Wang, " Step angles to reduce the north-finding error caused by rate random walk with fiber optic gyroscope", Applied Optics, Vol.54, No.30, Oct. 20 2015, pp.8944-8950. SCI-CUIVZ, IF=1.59810. Zhongwei Tan, Chuanchuan Yang, Yuliang Li, Yan Yan, Changhong He, Xinyue Wang and Z

13、iyu Wang, "A low-complexity sensor fusion algorithm based on a fiber-optic gyroscope aided camera pose estimation system", Science China Information Sciences, Vol. 59, No. 4, pp.042412:1042412:12, April 1, 2016. SCI-DL7ML, IF=0.885论文被他人引用情况其他第三方评价证明目录序号项目名称评价证明类别第三方单位（人）评价时间评价结论（

14、意见）摘要1新一代全光纤陀螺仪基础技术研究结题验收证明预研基金重点项目验收组2013-11-7全面完成协议研究内容；专家一致同意通过验收。验收等级“优”。2新一代全光纤陀螺仪基础技术研究测试报告航天科工集团惯性技术和产品测评中心2013-8-10技术指标符合任务书。3全光纤陀螺新型光路、零点漂移抑制及动态范围扩展的应用基础研究应用证明无锡慧联信息科技有限公司2017-3-13全光纤陀螺产品已投入应用，国内、外销售100余只。授权专利目录序号名称国别专利类别授权号授权公告日权利人发明人1.All-Fiber Interferometric Fiber Optic Gyroscope Having

15、 A Minimum Reciprocal Configuration美国发明专利权US 8,913,24620141216北京大学王心悦王子宇2.一种最小互易结构干涉型全光纤陀螺仪中国发明专利权ZL201010232656.82012718北京大学王心悦王子宇3.All-Fiber Interferometric Fiber Optic Gyroscope For Inhibiting Zero Drift美国发明专利权US 8,422,0212013316北京大学王心悦何昌洪王子宇4.抑制零点漂移的干涉型全光纤陀螺仪中国发明专利权ZL201010515966.02012926北京大学王心悦何昌洪王子宇5.Digital Signal Processing Method and Device of Fiber-Optic Gyroscope, and Fiber-Optic Gyroscope美国发明专利权US 8,922,77920141230北京大学杨川川汪沁王子宇6.一种光纤陀螺仪的萨格奈克相移跟踪方法中国发明专利权ZL201110061984.02012822北京大学杨川川王子宇7.一种光纤陀螺的数字信号处理方法、装置及