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1、激光陀螺发展历史及研究现状庄杰峰,22012315(东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096)摘要：激光陀螺是一种基于Sagnac效应的光学传感器，是新一代捷联惯导系统的理想器件，在航空、航海、陆地导航、定位定向、运载火箭、导弹等方而得到了广泛运用。本文对激光陀螺的发展历史和研究现状做出了一•定论述，并对激光陀螺中的儿个关键参数进行了初步探讨。关键词：激光陀螺，Sagnac效应，发展历史，研究现状，关键参数1引言(一级标题，四号宋体)激光于1960年在世界上首次出现。美国斯佩里公司于1963

2、年首先做出了激光陀螺仪的实验装置。1966年，美国崔尼威尔公司开始使用石英作腔休，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30多年的发展和完善，F1前，激光陀螺捷联惯导系统在军用、民用方面被广泛应用。在小高精度惯导系统屮占有相当大的市场。激光陀螺以具独特的优点和性能在新兴的固态陀螺领域处于非常重要的地位，对现代的导航系统发展和进步起着不可替代的作用。在陀螺技术进展过程中[1],动力调谐陀螺(DTG)已经淘汰，高精度的应用领域中，激光陀螺一直占据着主导位置。虽然科技进步将会使得光纤陀

3、螺(F0G)和微机械陀螺(MEMS)度会越来越高,但是，目前己经成熟的激光陀螺系统在今后相当长的一段时期内仍将保持其突出的优势，在各种应用领域屮处于重要的地位。2激光陀螺发展历史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-•段时间里，由于没图1.1Sangac效应总理图Fig.1.1TheoryfigureofSagnaceffect有合适的光源，Sagnac效应的研究基本上没有任何进展

4、。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。他介绍了采用测最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［2］。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

5、系统己广泛应用于军用和民用方而。在我国，二频机抖激光陀螺技术也己基本成熟，将作为未來信息化武器装备的关键器件。3激光陀螺关键参数激光陀螺仪的主要关键技术是对漂移、噪声利闭锁阈值的处理和解决,国外的成熟的激光陀螺技术都是从不断解决以上问题的过程中逐步完善利发展起来的。（1）漂移：激光陀螺仪的漂移表现为零点偏置的不稳定度,主要误差來源是氨氛等离子在激光管小的流动、介质扩散的各向异性等。激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。（2）噪声：噪声主要來自2个方面:一是激光介质的口发发射,这是激光陀螺仪噪声的量子极

6、限;二是目丽多数激光陀螺仪采用的抖动偏频技术,造成输入信号的漏失，并导致输岀信号和位角的随机变化。（3）闭锁阈值：闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。闭锁阈值取决于谐振光路屮的损耗，主要是反射镜的损耗。减小锁区或消除锁区对于激光陀螺使用的影响是发展多种偏频技术的指导思想。偏频技术主要包括如下:怛速偏频技术、交变偏频技术和四频差动技术。下图反映了激光陀螺的不同分类方法和类型。普通狭义激光陀蛭偏频方案I恒速偏频主速率偏频目前，实现的激光陀螺屮，应用最为成熟和广泛的是抖动偏频激光陀螺。全I

7、古I态零锁区无机械运动结构的四频差动激光陀螺是最为理想的激光陀螺发展方向，但是，由于四频差动陀螺谐振腔内元件较多、磁光元件对磁屏蔽耍求较高、器件损耗比较大等因素，使得陀螺漂移误差比较明显,实现起来比较困难。四频差动陀螺中较新提出的口偏频激光陀螺，理论上可以实现理想的四频差动激光陀螺，但是，由于这种谐振腔体很难稳定工作，所以，实现起來极具困难。但总体来说，四频差动陀螺展示了激光陀螺技术的发展潜力，该技术在一泄程度上将取代机械抖动偏频激光陀螺技术。4激光陀螺发展现状随着科学技术的进步和工艺水平的提高，环

8、形激光陀螺领域也出现了崭新的进展，主要反映在以下3个方面:新式的激光陀螺;新的理论和算法;新的应用领域。4.1新式的激光陀螺近几年，新式激光陀螺的进展虽然包括了一些关于机械抖动激光陀螺和四频差动激光陀螺的技术改进方面的研究，但是，主要成果仍然是在激光陀螺的小型化、工程化和激光陀螺的新型化方面的进展。在众多激光陀螺的研究机构中，美国Honeywell公司的抖动激光陀螺的软件、硬件技术已相当成熟，一定程度上可以视作激光陀螺的代表。下表体现了Honeywell公司在激光陀螺