国内激光陀螺研发应用一瞥

1913年，法国科学家Sagnac进行了环形光路中外界转动引起干涉条纹变化的实验，并从理论上对此现象进行了解释，提出了著名的sagnac效应 。但是，随后很长一段时间里，由于没有合适的相干光源，光学Sagnac效应的研究基本上没有任何进展。直到1960年，激光在世界上首次出现，激光陀螺作为激光技术的一个重要应用领域成为世界各国研究的热点。1961年，美国科学家C．V．Heer在美国物理学会上发表了世界上第一篇有关激光陀螺的报道。他介绍了采用测量环形激光谐振腔内运转的正反两束激光之间的频率差来感知外界输入角速率的变化口 。随后，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。经过40多年的发展和完善，目前，激光陀螺捷联惯导系统已广泛应用于军用和民用方面。在我国，二频机抖激光陀螺技术也已基本成熟，将作为未来信息化武器装备的关键器件。
    传统的陀螺仪利用高速转动的机械转子的定向性和进动性来测定相对于惯性空间的转速和方位。但 E是由于高速转子的存在所带来的缺陷，如不耐冲击振动，何加速度效应等等，使其在惯性导航中的应用受到了限制，妨碍了进一步的发展 。而激光陀螺的工作原理与常规机电陀螺完全不同，它具有下列优点：
》性能稳定，抗干扰能力强。激光陀螺由于没有高速转子，因而坚固可靠、耐冲击振动、抗加速度性能好。
≯精度高。美国的高精度激光陀螺达到0.0005°／h，中高精度产品的零漂在0.001°-,0.01°／h之间。
》动态范围宽，可测动态转速范围高。
≯寿命长。可靠性好。国外产品的寿命已达10万小时以上，平均无故障时间(MTBF)优于1万小时
》标度因数稳定。国外激光陀螺的标度因数稳定度高达1ppm，国内激光陀螺的标度因数稳定度也己达到10 ppm。
≯启动迅速。由于没有象机电陀螺一样存在马达的启动与稳定问题，激光陀螺启动后可短时间内(3-8s)输出信息。
>数字量输出、无需模数转换。激光陀螺的输出信号是脉冲形式，对脉冲进行计数就得到对应转动角度的数字量，便于计算机处理，不需要高精度的AD电路。
≯对于同样的精度和性能要求，激光陀螺的成本比机电陀螺低。
≯功耗低，体积小，重量轻。
≯既是速率陀螺，也是位置陀螺。使用灵活，应用范围广。
      目前世界上研制和生产激光陀螺及其系统的主要国家有美，英、德、法、日本和俄罗斯，其中美国和法国研制的水平最高，激光陀螺技术发展很成熟，并形成了二频机抖、四频差动、空间三轴、塞曼陀螺等不同类犁的系列产品，目前已经达到最高水平的零漂值为0．00015。／h，输入速率动态范围±1500。／s，使用寿命20万小时以上，输入轴对准稳定度达到微弧量级 。美国研制激光陀螺仪的厂家有霍尼威尔，利顿、斯佩里和辛格．基尔福特等公司。斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺仪的实验装置。1972年，霍尼威尔公司研制出GO-1300型激光陀螺仪。1974年美国国防部下令海军和空军联合制定研究计划，1975年在战术飞机试飞成功，1976年在战术导弹试验成功。此后，激光陀螺仪在航空，航天、航海、战车定位定向方面广泛应用。法国SEXTANT公司在1972年开始研究激光陀螺仪，成功应用于“美洲虎”直升机、ANS超音速导弹和“阿里安’'4火箭，并在法国未来战略导弹项目上中标。SAGEM公司从1977年开始研究环行激光陀螺仪，应用于航空及潜水艇的捷联惯导系统；其生产的GLCl6型样机主要用于直升机和小型运载火箭的捷联惯导系统。1994年2月，日本H2运载火箭呼啸升空，激光陀螺首次在航天运载器中取代挠性陀螺。，国外激光陀螺实用产品精度性能参数如表1．1所示
    美军现役战斗机、航空制导武器等大多都装备了激光陀螺捷联惯导系统。为了提高激光陀螺捷联惯导系统的精度和可靠性，美军采用GPS与之进行组合来提高系统的导航精度，这样就可以通过低成本、中等精度的捷联惯导系统与GPS组合得到高精度的导航系统。在科索沃战争中，美军使用的各类作战飞机、战斧II型巡航导弹，GBU-15航窄制导炸弹等均采用激光陀螺捷联惯导／GPS组合导航系统。当采用P(Ⅵ码GPS时，组合导航系统的精度可以达到8m(CEP)。科索沃战争后，美军加大了激光陀螺捷联惯WGPS组合导航系统的生产量，以满足制导武器的需求。并且美军计划在未来十年里将组合导航系统的精度提高到3m(CEP)／…。


1913年，法国科学家Sagnac进行了环形光路中外界转动引起干涉条纹变化的实验，并从理论上对此现象进行了解释，提出了著名的sagnac效应 。但是，随后很长一段时间里，由于没有合适的相干光源，光学Sagnac效应的研究基本上没有任何进展。直到1960年，激光在世界上首次出现，激光陀螺作为激光技术的一个重要应用领域成为世界各国研究的热点。1961年，美国科学家C．V．Heer在美国物理学会上发表了世界上第一篇有关激光陀螺的报道。他介绍了采用测量环形激光谐振腔内运转的正反两束激光之间的频率差来感知外界输入角速率的变化口 。随后，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。经过40多年的发展和完善，目前，激光陀螺捷联惯导系统已广泛应用于军用和民用方面。在我国，二频机抖激光陀螺技术也已基本成熟，将作为未来信息化武器装备的关键器件。
    传统的陀螺仪利用高速转动的机械转子的定向性和进动性来测定相对于惯性空间的转速和方位。但 E是由于高速转子的存在所带来的缺陷，如不耐冲击振动，何加速度效应等等，使其在惯性导航中的应用受到了限制，妨碍了进一步的发展 。而激光陀螺的工作原理与常规机电陀螺完全不同，它具有下列优点：
》性能稳定，抗干扰能力强。激光陀螺由于没有高速转子，因而坚固可靠、耐冲击振动、抗加速度性能好。
≯精度高。美国的高精度激光陀螺达到0.0005°／h，中高精度产品的零漂在0.001°-,0.01°／h之间。
》动态范围宽，可测动态转速范围高。
≯寿命长。可靠性好。国外产品的寿命已达10万小时以上，平均无故障时间(MTBF)优于1万小时
》标度因数稳定。国外激光陀螺的标度因数稳定度高达1ppm，国内激光陀螺的标度因数稳定度也己达到10 ppm。
≯启动迅速。由于没有象机电陀螺一样存在马达的启动与稳定问题，激光陀螺启动后可短时间内(3-8s)输出信息。
>数字量输出、无需模数转换。激光陀螺的输出信号是脉冲形式，对脉冲进行计数就得到对应转动角度的数字量，便于计算机处理，不需要高精度的AD电路。
≯对于同样的精度和性能要求，激光陀螺的成本比机电陀螺低。
≯功耗低，体积小，重量轻。
≯既是速率陀螺，也是位置陀螺。使用灵活，应用范围广。
      目前世界上研制和生产激光陀螺及其系统的主要国家有美，英、德、法、日本和俄罗斯，其中美国和法国研制的水平最高，激光陀螺技术发展很成熟，并形成了二频机抖、四频差动、空间三轴、塞曼陀螺等不同类犁的系列产品，目前已经达到最高水平的零漂值为0．00015。／h，输入速率动态范围±1500。／s，使用寿命20万小时以上，输入轴对准稳定度达到微弧量级 。美国研制激光陀螺仪的厂家有霍尼威尔，利顿、斯佩里和辛格．基尔福特等公司。斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺仪的实验装置。1972年，霍尼威尔公司研制出GO-1300型激光陀螺仪。1974年美国国防部下令海军和空军联合制定研究计划，1975年在战术飞机试飞成功，1976年在战术导弹试验成功。此后，激光陀螺仪在航空，航天、航海、战车定位定向方面广泛应用。法国SEXTANT公司在1972年开始研究激光陀螺仪，成功应用于“美洲虎”直升机、ANS超音速导弹和“阿里安’'4火箭，并在法国未来战略导弹项目上中标。SAGEM公司从1977年开始研究环行激光陀螺仪，应用于航空及潜水艇的捷联惯导系统；其生产的GLCl6型样机主要用于直升机和小型运载火箭的捷联惯导系统。1994年2月，日本H2运载火箭呼啸升空，激光陀螺首次在航天运载器中取代挠性陀螺。，国外激光陀螺实用产品精度性能参数如表1．1所示
    美军现役战斗机、航空制导武器等大多都装备了激光陀螺捷联惯导系统。为了提高激光陀螺捷联惯导系统的精度和可靠性，美军采用GPS与之进行组合来提高系统的导航精度，这样就可以通过低成本、中等精度的捷联惯导系统与GPS组合得到高精度的导航系统。在科索沃战争中，美军使用的各类作战飞机、战斧II型巡航导弹，GBU-15航窄制导炸弹等均采用激光陀螺捷联惯导／GPS组合导航系统。当采用P(Ⅵ码GPS时，组合导航系统的精度可以达到8m(CEP)。科索沃战争后，美军加大了激光陀螺捷联惯WGPS组合导航系统的生产量，以满足制导武器的需求。并且美军计划在未来十年里将组合导航系统的精度提高到3m(CEP)／…。