激光陀螺儀

介紹

原理

激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉角速度（Sagnac效應）。在閉合光路中，由同一光源發出的沿順時針方向和反時針方向傳輸的兩束光和光幹涉，利用檢測相位差或幹涉條紋的變化，就可以測出閉合光路旋轉角速度。激光陀螺儀的基本元件是環形激光器，環形激光器由三角形或正方形的石英制成的閉合光路組成，内有一個或幾個裝有混合氣體（氦氖氣體）的管子，兩個不透明的反射鏡和一個半透明鏡。

飄移

激光陀螺儀的飄移表現為零點偏置的不穩定度，主要誤差來源有：諧振光路的折射系數具有各向異性，氦氖等離子在激光管中的流動、介質擴散的各向異性等。

噪聲

激光陀螺儀的噪聲表現在角速度測量上。噪聲主要來自兩個方面：一是激光介質的自發發射，這是激光陀螺儀噪聲的量子極限。二是機械抖動為多數激光陀螺儀采用的偏頻技術，在抖動運動變換方向時，抖動角速率較低，在短時間内，低于閉鎖阈值，将造成輸入信号的漏失，并導緻輸出信号相位角的随機變化。

閉鎖阈值

閉鎖阈值将影響到激光陀螺儀标度因數的線性度和穩定度。閉鎖阈值取決于諧振光路中的損耗，主要是反射鏡的損耗激光陀螺是在光學幹涉原理基礎上發展起來的新型導航儀器，成為新一代捷聯式慣性導航系統理想的主要部件，用于對所設想的物體精确定位。石英撓性擺式加速度計是由熔融石英制成的敏感元件，撓性擺式結構裝有一個反饋放大器和一個溫度傳感器，用于測量沿載體一個軸的線加速度。

工作原理

陀螺儀基本上就是運用物體在高速旋轉時，角動量會很大，旋轉軸會一直穩定指向一個方向的性質為依據，用它來保持一定的方向，制造出來的定向儀器。不過它必需轉得夠快，或者慣量夠大（也可以說是角動量要夠大）。不然，隻要一個很小的力矩，就會嚴重影響到它的穩定性，所以設置在飛機、飛彈中的陀螺儀是靠内部所提供的動力，使其保持高速轉動的。

技術分析和研究

激光陀螺儀作為敏感測量元件，容易受到外部環境影響産生機械抖動，為了提高激光陀螺儀的測量準确性，進行激光陀螺儀抖動控制優化設計，提出基于穩态誤差反饋補償的激光陀螺儀機械抖動控制方法。構建陀螺儀機械抖動控制的參量約束模型，采用Smith控制器進行陀螺儀控制的輸入輸出參量分析，建立激光陀螺儀機械抖動控制目标函數，采用穩态誤差反饋補償方法進行抖動抑制，實現控制律優化設計。

影響

作為飛行器慣導系統核心的慣性器件，在國防科學技術和國民經濟的許多領域中占有十分重要的地位。激光陀螺儀花費了很長時間和大量投資解決了閉鎖問題，直到80年代初才研制出飛機導航級儀表，此後就迅速應用于飛機和直升機，取代了動力調諧陀螺和積分機械陀螺儀。目前已廣泛用于導航、雷達和制導等領域。