北航大惯性技术课件08 激光陀螺仪

第八章激光陀螺仪美国1961年，美国人迈塞克就提出了用环形激光器测量转速的理论，即激光陀螺的理论，这为光学陀螺的发展奠定了理论基础。

美国斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺仪的实验装置

1966年美国霍尼威尔公司开始使用石英作腔体，并研究出交变机械抖动偏频法，使这项技术有了实用的可能1972年，霍尼威尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪1975年在战术飞机上试飞成功1976年在战术导弹上试验成功80年代后，美国空军把激光陀螺应用到空军系统90年代，根据先进巡航导弹和战术飞机导航的要求，美国进行了提高激光陀螺捷联系统性能的研究（SPS）

8.1概述

国内外发展状况第八章激光陀螺法国

法国SWXTANT公司和SAGEM公司均从70年代开始研究激光陀螺技术，到目前已经形成不同尺寸和精度的激光陀螺仪。SEXTANT公司1972年开始研究激光陀螺仪1979年SEXTANT型激光陀螺仪首先用于“美洲虎”直升机飞行1981年33cm型激光陀螺仪在ANS超音速导弹项目中标1987年首次把激光陀螺仪用在“阿里安”4火箭的飞行1990年SEXTANT公司在法国未来战略导弹项目上中标中国60年代末，起步（清华、西北电讯工程学院、东风仪表厂）70年代末，清华大学、国防科技大学、苏州第一光学仪器厂、中国计量科学院、航空303所90年后，有关研究所相继开展了陀螺温度误差特性及其建模补偿的研究工作目前，国内国防科大和中航618所8.1概述

第八章激光陀螺1、动态范围宽，线性度好2、启动响应快，准备时间短

3、数字输出，不需要A/D转换8.1概述

激光陀螺特点激光陀螺仪的工作原理是建立在两束沿着三角形排列的三面镜子折射的激光束基础上的。一条顺时针前进，另外一条逆时针前进。当仪器静止的时候，两条激光束完成一个周期都用了相同的时间。当仪器旋转时，一条激光束的路径变短，另外一条激光束的路径变长了。通过测量两条激光束走完一个周期所用时间的不同，旋转角就可以被测量出来。第八章激光陀螺偏颇组件程长控制组件信号读出系统环形激光器----核心逻辑电路电源组件安装结构电磁屏蔽罩等

8.2激光陀螺的工作原理8.2.1激光陀螺的构成

第八章激光陀螺同方向：沿光轴方向传播的光子

同频率、同位相：谐振腔环路周长等于所需激光波长的整数倍同偏振：

布氏窗8.2激光陀螺的工作原理8.2.2激光陀螺仪的工作原理第八章激光陀螺8.2激光陀螺的工作原理8.2.2激光陀螺仪的工作原理第八章激光陀螺8.2激光陀螺的工作原理8.2.2激光陀螺仪的工作原理两光束混合方案第八章激光陀螺8.2激光陀螺的工作原理8.2.2激光陀螺仪的工作原理激光陀螺仪输出装置原理（讲信号读出）

第八章激光陀螺8.2激光陀螺的工作原理8.2.2自锁效应自锁效应:主要是沿相反方向传播的两束光之间的相互耦合作用引起。解决途径：缩小自锁区：为此，必须对光学元件的质量和工作气体的纯度等提出极高的要求，以改善光路的均匀性。

偏频技术：在两束相向行波之间引人特定的偏频量并使，以确保在任何待测输人转速的情况下，环形激光器相向行波间的频差均远大于闭锁频率第八章激光陀螺8.3激光陀螺的偏频技术8.3.1机械抖动偏频技术

典型的机械抖动偏频激光陀螺激光陀螺正弦抖动偏频示意图第八章激光陀螺8.3激光陀螺的偏频技术8.3.1机械抖动偏频技术

典型的机械抖动偏频激光陀螺激光陀螺正弦抖动偏频示意图第八章激光陀螺8.3激光陀螺的偏频技术8.3.1机械抖动偏频技术

第八章激光陀螺8.3激光陀螺的偏频技术8.3.2速率偏频技术

速率偏频激光陀螺采用无刷直流力矩电机驱动，以量级的转动速度强迫环形激光器（通常是激光陀螺整体）绕垂直于谐振腔环路平面的轴线做大幅度来回转动，为谐振腔内相向行波模对提供所需的交变偏频，其来回转动的换向周期一般为10s左右。

8.3.3磁镜交变偏频技术磁镜交变偏频引入的偏频信号与机械抖动偏频的信号，在形式上具有共同之处，也是给陀螺引人一个快速变化的偏频量。只不过磁镜偏频是利用具有横向克尔磁光效应的反射镜作为环形激光谐振腔的一面反射镜，提供非互易的相位变化，给谐振腔内相向行波引人频差，而机械抖动则是以谐振腔的交变旋转引人频差。第八章激光陀螺8.4激光陀螺光学谐振腔程长控制8.4.1光学谐振腔程长控制的必要性激光陀螺的标度因数：激光陀螺的输出：程长变化导致：标度因数变化激光器输出功率变化传输波长变化第八章激光陀螺8.4激光陀螺光学谐振腔程长控制8.4.1光学谐振腔程长控制的必要性即使环形腔采用热胀系数极低的材料制作，程长的变化量也很容易与波长相当或大于波长腔内介质的热变化也会引起光程长度波动传输波长变化因此，除了采用低热胀系数的材料制作腔体之外，还必须采用有效的主动手段来控制程长。

第八章激光陀螺8.4激光陀螺光学谐振腔程长控制8.4.2程长控制的基本方法

环形激光器的程长控制通常采用激光增益曲线稳频技术来实现

环形激光陀螺的稳颗通常也是采用压电元件驱动环形腔的一面或多面反射镜沿反射镜面法线方向平移对激光腔长进行调节，将纵模频率稳定于处第八章激光陀螺8.4激光陀螺光学谐振腔程长控制8.4.2程长控制的