全反射棱镜式激光陀螺稳频技术.研究

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1、2一全反射棱镜式激光陀螺稳频技术研究型激光陀螺仪。1975年激光陀螺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广泛应用到空军系统，并研制了一种采用激光陀螺的双盒组件式传感器系统。激光陀螺被广泛应用于飞机的定位／导航、监视／侦察、火控以及飞行控制系统。1985年美国提出了战略防御计划(SDI)后，激光技术在军事系统和空间武器上的应用倍受重视。根据SDI预算，1985年美国财政在这方面投资10．4亿美元，大部分用于开展激光实验，其中包括激光陀螺的研制。．．9

2、0年代，根据先进巡航导弹和战术飞机导航的要求，美国进行了激光陀螺捷联性能的研究(SPS)。现在，世界上的大中型民航客机(波音系列和空中客车系列)基本上都装备了激光陀螺惯性基准系统，用于导航和稳定。而且其应用领域已开始由飞机向舰船、战术导弹以及陆地用定位定向系统发展。截至目前激光陀螺的随机漂移最低仅为0．00010／h。1．1．3国内激光陀螺的发展水平我国对激光陀螺的研究最早始于70年代。在生产、研制方面都落后于发达国家。由于国外各国家对激光陀螺的核心技术进行了严格的保密，在没有技术支持和借鉴的情

3、况下，国内开展的研究和进展缓慢。经过了三十多年的不懈努力和不断摸索，国内终于攻克了激光陀螺研制中的主要关键技术，特别是经过“九五"国防科研的攻关，掌握了激光陀螺生产的若干关键技术和相关工艺。目前，我国需要研制的导航级激光陀螺大致可以分为两档，一是零偏稳定性为0．03～0．050／11，用于飞航导弹等中精度捷联惯导系统，二是零偏稳定性为0．003～0．010／h，用于飞机导航、陆用寻北系统等中、高精度捷联惯导系统。但总体来说，国内激光陀螺仪研制水平目前尚处于实验室和工程样机阶段，还没有实现大量的实

4、际应用。随着我国对高精度惯导设备的需求越来越大，虽然国际上光纤陀螺的产品已经成熟，但针对惯性级精度的要求，特别是捷联惯导系统，激光陀螺仍处于不可替代的地位。因而我们需要加速寻找符合我国国情的激光陀螺国产化道路。§1．2论文的主要内容第一章绪论扼要介绍了激光陀螺的性能优点，以及国内外激光陀螺的发展水平。第二章简单介绍激光陀螺的工作原理，重点阐述全反射棱镜式激光陀螺的结构以及工作过程，总结棱镜式激光陀螺突出的性能优点和由于棱镜的使用所必须第一章绪论3一考虑的特殊问题。第三章讨论全反射棱镜式激光陀螺的

5、稳频系统，介绍稳频系统的工作原理，以及在实际稳频过程中遇到的问题。第四章采用有限元分析法分析全反射棱镜式激光陀螺的稳频过程，设计了2种对比热源，分别模拟在同样幅值的直流电压下，发热速度不同的电阻丝材料的热过程，为减少跳模控制时间寻找依据。第五章分析模拟结果，总结表现出的规律。第六章介绍部分分析实验，对比模拟结果，得到改善方案。第七章对本文的研究工作做以总结。第二章全反射棱镜式激光陀螺结构和T作原理三第二章全反射棱镜式激光陀螺结构和工作原理2．1．1Sagnac效应§2．1激光陀螺工作原理概述激光

6、陀螺的工作原理基于Sagnac效应。所谓Sagnac效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点出发的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该点时，这对光波的相位(或它们经历的光程)将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而发生改变。其相位差(或光程差)的大小和闭合光路的转动速率成正比。A干涉仪初始位置：古珊仪罗≥向、～一一一一／图2-1Sagnac效应原理图如图2．1所示：在闭合光路中，两束光同时从原点A出发，分别沿着J10ji(ew)、逆(cow)时针方向绕环形光路以光速C行进，在绕行一周后

7、两者在原点会合，那么cw，OgW两束光绕行一周的时间满足：2积±以=c·t±(2-1)其中：矗=R·臼·t士联立(2—1)、(2-2)可得：(2-2)f±-黑(2．3)“=——lZ-j，1c千R臼、7式中下标+，一分别表示CW、ccw的光，工为A到B的距离。扯考斋由于尺2臼2和c2相比其值可以忽略不计，所以可以近似得到：(2—4)6一全反射棱镜式激光陀螺稳频技术研究：—4兀1．QR一2At(2．5)=——·IZ-)JC‘相应的，在△f内CW、CCW的光程差为：缸：c．At=—4mQ—R2(2．6

8、)令A=积2为闭合光路所包围的面积，可以得到：AL：—4A—D(2．7)C即：顺、逆时针方向上两束光的光程差与环路面积、环路相对于惯性空间的转速成正比。由此所产生的相位差为：△矽：冬址：掣口(2．8)^肛其中2为光波长。这就是Sagnac效应，它是激光陀螺、光纤陀螺以及其他光学陀螺的理论基础。2．1．2激光陀螺的工作原理由Sagnac效应可知，只要测出光程差址或相位差△≯，就能求出闭合光路相对于惯性空间的转动角速度臼在A方向上的分量。激光陀螺是依靠环形行波激光振荡器内的双向行波间的谐振频率差来测