惯性级光纤陀螺的研制

利顿公司目前正在生产性能的１°／ｈ的光纤陀螺和以这种陀螺为基础的测量装置。光纤技术的下一个产品应用对象是用在惯性导航系统中的陀螺。这些惯性级陀螺的性能要求为０．００３°／ｈ，保证０．８ｎｍｉ／ｈ的惯性导航系统误差。     

2017年国外惯性技术发展与回顾

概述了国外惯性相关机构的发展变化,从环形激光陀螺（RLG）、光纤陀螺（FOG）、微机电（MEMS）陀螺和原子陀螺等角度详细介绍了近年来不同机构如美国诺格公司、霍尼韦尔公司、法国赛峰电子与防务公司、iXblue集团等的概况及其惯性仪表、系统的发展与应用。分析了全球定位系统（GPS）面临的严峻形势下,美国GPS的发展以及GPS拒止环境下部分项目的新进展。最后,对比了不同陀螺技术的发展和应用,总结了惯性技术的趋势。     

民用低成本光纤陀螺

本文阐明了在中等精度惯性测量系统中开环光纤陀螺所具有的优势，叙述了这种陀螺光学功能块的工作原理和一种高效率利用成本的陀螺电子线路，就高生产速率而言这种陀螺在设计上也是最佳的。另外，概述了一种模块化设计原理，即用具有较低研制成本和生产 任意类传感器实用户特殊的惯性测量系统。     

低成本小型光纤陀螺惯性测量单元设计与实现

针对军用及民用惯性技术对光纤陀螺及其惯性组合低成本、轻小型化的需求,以三轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计为惯性敏感元件,设计并实现了光纤陀螺捷联式惯性测量单元。系统采用DSP+FPGA双微处理器结构实现数据高效采集、处理及输出。重点设计了三轴一体光纤陀螺组件、加速度计小型化数据采集电路、双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明：系统在动静态测量精度、体积、重量、实时性等方面达到了预期的设计目标。     

瞄准级光纤陀螺

光纤陀螺是一种具有广泛用途的固态旋转传感器，而且在新的方案中，它还将成为环形激光陀螺的有力竞争对手，光纤陀螺将会大量生产，以代替有方案中的陀螺转子技术，光纤陀螺的高可靠性，输入轴高稳定性及加速度的低灵敏度，将在很长一段时间保持它的先进性，ＡｌｌｅｄＳｉｎｇｎａｌ设计瞄准光纤陀螺（ＰＧＦＯＧ）来代替它目前制造一种高性能机械陀螺仪，精细的隔热设计，陀螺组合技术，光源强度噪声抑制方法和光源波长控制已发展     

一种新颖的无陀螺捷联惯性测量系统方案

惯性界普遍都在寻找低成本的惯性导航方案，由加速度计组成的（无陀螺）惯性系统便是方案之一。本文介绍了用加速度计测量角速度的基本原理，对以微机械加速度计实现陀螺原理的方案的误差进行了分析，并提出了一种新颖的无陀螺捷联惯性测量系统方案。     

可替代机械陀螺的光纤速率陀螺

光纤陀螺在两个方面正在取代机械陀螺：一是新设计的应用，二是已有的应用陀螺场合。光学陀螺所具有的高可靠性、对重力g的不敏感性和对振动、冲击的容限，使其特别适合于车辆、军事上的应用。基于Sagnac干涉效应，如环形激光陀螺、光纤陀螺的概论已有十十年之久了。它有闭环和开环两种结构，但由于闭环结构成本较高，目前只利用开环光纤陀螺取代机械速率陀螺。我们开发了一系列低成本光纤陀螺，它们基于全光结构，采用椭芯的保偏光纤、方向耦合器和偏振器。开环光纤陀螺是以最小结构的形式构成的。激光光束在光纤敏感相向传输，它们是完全互逆的。早期的形式采用方向耦合器隔离激光光源和光探测器，一个偏振器用来确保一个模式分布，而第二个耦合器作为与光纤环的接入口，在光纤环的一端加上一个压电陶瓷相位调制器以进行调制，以便同步检测干涉仪的输出。光源探测器处的耦合器不属于最小结构中的一部分，它可以通过用光源的反向的探测器取消。目前许多激光光源被用于这样一个探测光输出的探测器，由于陀螺转动信号是调制信号，很容易与恒定的激光输出信号分开。我们这种结构的FOG为简化最小结构（RMC），比较两种开环结构可以看出：两者之间没有明显的区别，但从性质上分，在RMC结构中，激光器工作在接近阈值的点，因而在光谱上比较窄。在光陀螺中希望有一个宽带的光谱，可以避免由于绕环导致的偏振起伏，从而引起偏置的不稳定性。这也就限定了RMC结构在一些高精度的陀螺应用。光纤陀的特性可以通过选择光纤的长度、环的直径和激光功率在一个比较大的范围内调整，以适应不同的应用要求，而不需要改变其结构。光纤陀螺从本性上为宽带的，其输出谱特性可以由简单的模拟滤波器、扩展伺服回路的动态特性加以控制。与简单的机械陀螺相比，这一宽带特性可以扩展为非常低的频率，从而改善定位精度。我们已生产了1000多套这两种结构的光纤陀，本文将提供Allan变化，随温度变化的偏置、刻度因数的线性数据，典型的特性参数如下：也许光纤陀螺应用最大的限制为刻度系数，因为Sagnac干涉仪的灵敏度领先光纤长度乘以直径，并且几何尺寸和在敏感轴垂直平面上投影使光纤陀螺改型应用的困难得以克服。在带宽限制范围内，光纤陀螺可以在众多的系统中应用。     

谐振式微机械惯性传感器

对几种典型的谐振式加速度微传感器和微陀螺的结构、工作原理等方面进行了概述，分析了各自的应用特点。从中反映出谐振式微惯性传感器具有优良的特性，必有广阔的应用和发展前景。     

惯导平台系统研究进展与发展趋势思考

现代军事应用中,远程导弹武器主要功能是精确打击关键军事目标,制导精度成为其首要性能指标。当前,国内外远程武器采用的主流惯性器件为惯导平台系统,平台框架在发射前可控制台体旋转实现自对准、自标定等功能。在导弹飞行过程中,平台控制台体稳定于惯性空间,通过隔离角运动提高惯性仪表使用精度,因而成为远程制导系统的首选惯性器件。我国惯导平台系统技术从20世纪60年代起步至今,先后经历了滚珠轴承平台、气浮陀螺平台、动调陀螺平台、静压液浮平台以及三浮平台系统的发展历程。目前,在研新型远程导弹制导系统主要采用基于三浮陀螺及陀螺加速度计的三浮平台系统,其关键技术包括亚微米精度特种材料加工与装配技术、抗高过载环境高可靠三浮惯性仪表技术、惯性/天文复合制导技术以及惯导平台自对准与自标定技术。近年来,以光学陀螺、半球谐振陀螺等为代表的新型惯性仪表的工程应用精度逐步提升。以平台稳定控制技术为基础,构建基于新型固态陀螺的惯导平台体系架构,将会推动我国远程武器性能跨越式发展。通过分析光纤陀螺、半球谐振陀螺等新型惯性仪表的技术优势以及新一代制导系统小型化、数字化、智能化等性能需求,对我国远程制导用惯导平台技术发展提出了几点建议。     

选用陀螺仪—动调陀螺,激光陀螺,光纤陀螺的比较

本文对现有陀螺仪技术：动调陀螺，激光陀螺和光纤陀螺作了综述。作者以一位系统工程师的观点对这些技术作了比较并列出了不同种类陀螺仪的优、缺点。     

光纤陀螺惯性导航系统

光纤陀螺目前正在替代激光陀螺用于导弹的惯性导航系统、不久将向军用和民用飞机中的激光陀螺发起挑战。利顿公司的采用光纤陀螺的LN-200惯性基准系统现已得到在40多个项目中应用的合同,包括飞机、无人机和航天器。LN-200采用3个光纤陀螺和3个采用微机械加工制     

微传感器最新发展

近年来，微传感器受到国际传感技术界的广泛关注，本文介绍十多个微传感器，包括三轴加速度计，单，双轴加速度计片，表面微机械陀螺（角速度传感器），微惯性导航系统，微磁通门传感器，磁阻传感器，纳米皮拉尼压力传感器，微科氏质量流量计，毫米波图像传感器，GPS手表（1cm^3)，二氧化碳传感器和微/超微角位移传感器，文事简要介绍它们的基本结构。敏感机理，特点等，从中可以看出微传感器已成为传感技术中有重要应用前景的组成部分。     

光纤陀螺惯导在航海领域的发展与应用

针对航海导航领域对惯性技术发展的新需求,从系统精度、旋转调制技术、陀螺性能等方面出发,梳理了国外航海惯导技术的发展脉络。由此总结出了航海惯导三点新的发展需求,包括定位精度、研制成本、使用维护性,同时给出了满足当前发展需求的一个研究方向,那就是采用超高精度的光纤陀螺研制航海惯导。最后从陀螺精度极限、温控、全阻尼等几个方面进行简要的可行性论证,并给出了部分验证试验结果,试验结果表明光纤陀螺惯导在航海领域具有广阔的发展前景。     

微机械加速度计

本文论述微机械加速度计,主要介绍它们的工作原理和设计规范,以及各种装置的结构,装配技术以及设备的技术,封装和界面电子电路,还有微机械惯性传感器在商业化过程中的发展行情,惯性传感性能在不断提高,如今的微加速度计的分辨率达ug级,电路和封装技术的发展满足了惯性传感器发展的需求。     

光纤陀螺惯导稳定平台与旋转调制方法

光纤陀螺仪在随机误差方面表现出极佳的性能优势,但受限于其标度因数不理想的现实。针对航海用长航时、高精度光纤陀螺惯导系统的使用需求,设计了基于光纤陀螺数字信号实现载体三维角运动隔离的同时完成惯性测量装置的旋转调制功能,可有效减小光纤陀螺标度因数误差与载体运动角速度的耦合误差,同时充分发挥光纤陀螺随机游走小的精度优势。理论仿真验证了光纤惯导稳定平台加旋转调制方法的优越性和可行性,为光纤陀螺惯导系统在高精度导航领域中的应用提供了技术基础。     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

光纤陀螺在宇航领域中的应用及发展趋势

光纤陀螺作为全固态惯性仪表,具有长寿命、高可靠和空间环境适应性好等显著优点,已广泛应用于国外各类宇航飞行器上。我国光纤陀螺的宇航应用起步于21世纪初,现已应用于导航卫星、通信卫星、遥感卫星、载人飞船、月球探测器等多种宇航飞行器上,对我国宇航飞行器性能的快速提升起到了重要的促进作用。主要介绍了国内外光纤陀螺宇航应用的情况,重点说明了目前几种主流光纤陀螺的技术方案,并对几种新型光纤陀螺(如光子晶体光纤陀螺)的宇航应用特点进行了分析。最后,从宇航应用的技术需求出发,指出了光纤陀螺宇航应用的几类关键技术和发展趋势。     

一种新型的低噪声硅微机械陀螺电容读出电路

陀螺系统的微机械敏感结构部分的性能提升受到成本、工艺的限制，有较高难度，故提升接口电路的各项性能成为提升整个系统性能的关键。因此，电容读出电路作为微机械陀螺系统中非常重要的组成部分，该电路性能的优劣直接决定着陀螺的测量精度。为实现硅微陀螺高精度检测，设计了一款低噪声的电容读出电路。在陀螺与读出电路之间设计斩波开关，基于斩波技术进行低噪声设计，采用相关双采样技术用来降低关键的第一级放大电路的低频闪烁噪声和开关噪声。采用了一种简化的陀螺测试模型，用于读出电路的独立测试。读出电路在0.18μm CMOS工艺下设计流片，测试结果表明，该电容读出电路输出噪声为-122.8dBV/Hz1/2，可实现0.06aF/Hz1/2的电容分辨率。     

光纤陀螺惯性平台的稳定回路控制

为了延长惯性平台使用寿命并提高其稳定精度,以光纤陀螺作为惯性平台的敏感元件,建立了平台系统稳定回路的数学模型.针对平台系统的性能指标要求,基于H∞ 控制理论设计稳定回路控制器.仿真结果表明,该稳定回路具有较好的动态和稳态性能,可以满足系统的设计要求.同时,试验验证了该光纤陀螺惯性平台的系统性能,利用Allan方差法对光纤陀螺进行噪声信号分析,对陀螺各项噪声系数进行标定.结果表明,量化噪声是该光纤陀螺的主要噪声源.     

光纤陀螺加速退化试验方法研究

光纤陀螺作为日渐成熟、广泛应用的全固态、高可靠性惯性器件,其性能退化的规律已经成为当前各应用系统关注的热点。加速退化试验技术是解决高可靠长寿命产品的性能评估等工程领域问题的一种常用方法,可以在较短时间内对产品的寿命特征进行预测。从光纤陀螺自身的特点出发,选择标度因数稳定性和零偏稳定性作为衡量光纤陀螺性能保持期的主要指标。根据使用环境的具体要求,采用温度作为其加速应力,并对退化试验方法、数据处理方式以及加速方法的合理性进行了分析和论证。