光纤陀螺仪及其应用
2020-04-14 10:29:59 | 新闻中心          浏览量:3315

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

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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

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