光纤陀螺仪及其应用
2020-04-14 10:29:59 | 新闻中心          浏览量:245

1、光纤陀螺主要性能参数 

1.1零偏和零漂 

     零偏是输入角速度为零(即陀螺静止)时陀螺仪的输出量, 以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速度表 示,理想情况下为地球自转角速度的分量。 零漂即为零偏稳定性,表示当输入角速率为零时,陀螺仪 输出量围绕其零偏均值的离散程度,以规定时间内输出量的标 准偏差对应的等效输入角速率表示。零漂是衡量IFOG精度的 最重要、最基本的指标。产生零漂的主要因素是沿光纤分布的 环境温度变化在光纤线圈内引入的非互易性相移误差。通常为 了稳定零漂,常需要对IFOG进行控温或者温度补偿[4]。另外偏 振也会对零漂产生一定的影响,在IFOG中常采用偏振滤波和 保偏光纤的方法消除偏振对零漂的影响。

1.2标度因素

      标度因数是陀螺仪输出量与输入角速率的比值,用某一特 定直线斜率表示,是反映陀螺灵敏度的量,其稳定性和精确性 是陀螺仪的一项重要指标,综合反映了光纤陀螺的测试和拟合 精度。标度因数的稳定性无量纲,通常用百万分比(ppm)表 示。标度因数的误差主要来源于温度变化和光纤偏振态的不稳 定性。 

1.3随机游走系数

     表征光纤陀螺仪中角速度输出白噪声大小的一项技术指 标,它反映的是光纤陀螺仪输出的角速度积分随时间积累的不 确定性,因此也可称为角随机游走。随机游走系数反应了陀螺 仪研制水平,也反映了陀螺仪最小可检测角速率。该误差主要来源于光子的随机自发辐射、光电探测器和数字电路引入的噪 声和机械抖动。 

1.4 阈值和分辨率 

      阈值表示光纤陀螺能感应的最小输入速率。分辨率表示陀 螺仪在规定输入角速率下能感应的最小输入速率增量。阈值和 分辨率都表征光纤陀螺仪的灵敏度。 1.5 最大输入角速度 

      表示陀螺正、反方向输入速率的最大值,表征陀螺的动态 范围,即光纤陀螺可感应的速率范围。

2、光纤陀螺的应用

      光纤陀螺的应用是光纤陀螺研究的一个重要方向。由于光 纤陀螺自身的优越性和其潜在应用的广泛性,目前许多国家都 非常重视光纤陀螺的研发和应用推广工作。其中,美国是最早 进行光纤陀螺研制与应用的国家,相关研发公司有Litton公 司、Honeywell公司、KVH公司等,主要从事中、高精度光纤 陀螺研制和开发工作。日本也是研究与生产干涉陀螺的大国, 其在光纤陀螺实用化方面,特别是在中、低精度级别干涉光纤 陀螺的实用化方面走在世界的前列,另外中国、法国、德国和 俄罗斯等国家也非常重视光纤陀螺的研究和应用推广。 对于光纤陀螺的应用主要集中在定位、姿态控制和绝对方 向测量三个方面。光纤陀螺仪的精度不同,可以应用的领域也 就不同。IFOG按照精度不同可以划分为低、中、高三种精 度,如下表1所示

1.png

在不用精度的光纤陀螺仪中,中高精度的光纤陀螺主要应 用在空间技术、军事应用和科学研究领域,而低成本、低精度 光纤陀螺主要在汽车导航、定位和姿态控制、机器人等许多精 度要求不高的民用领域中有广阔的应用。 

2.1航海方面的应用

      罗经是船舶重要的导航设备,主要有磁罗经和电罗经两 种。随着光纤陀螺技术的发展和商业化水平的提高,光纤陀螺 仪已成为船用通导设备中的新成员,在商用和军用船舶及船用 设备中得到应用。基于捷联式惯导系统的光纤陀螺仪罗经其旋 转轴与船舶坐标系的三个轴相对应,它不仅可以作为高精度航 向的信息源,实现自动找北、指北,而且还可以得出航向回转 速率、横、纵摇角度和航向的旋转速率等可靠数据,进一步推 动船舶自动化发展、保证船舶的操纵效果和保证航行安全。 

2.2航天及空间方面的应用

      在航天和空间应用方面一般都采用高精度的干涉型光纤陀 螺。IFOG为主要惯性元件的捷联惯导系统,可为飞机提供三维 角速度、位置以及攻角和侧滑角,实现火箭升空发射的跟踪和 测定,也可用于空间飞行器稳定、摄影/测绘、姿态测量控 制、运动补偿、EO/FLIR稳定、导航及飞控等,其中高精度、 可靠性高的光纤陀螺与GPS组合定姿已成为国内外航天器定姿 系统的典型构型。 

2.3军事方面的应用

      光纤陀螺由于自身在角速率及加速度测量方面的优越性和 在动态范围、灵敏度和可靠性等方面的显著优势,使其在军事 方面有着广泛的应用。可用于坦克、潜艇、自行火炮、装甲突 击车的定位、定向和导航;用于卫星导航在强电子干扰而无法 获得准确信息时保证飞行器自主导航、精确制导和准确命中目 标。同时FOG组件还是航空火力控制系统的重要组成部分,可 用于武装直升机等武器系统瞄准线和射击线的稳定,保证武器 在运动中进行搜索、瞄准、跟踪和射击。另外,光纤陀螺也是 水下唯一有效的导航技术,可用于潜艇的定位、定向和导航

合作伙伴