激光惯性制导激光陀螺仪
激光陀螺仪发展史
激光陀螺仪发展史1962年，美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪，其原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。
1963年2月美国斯佩里公司的Macek和Davis宣布他们用环形行波激光器感测转速率获得成功，研制出世界上第一台环形激光陀螺实验装置，该装置的光程长达4米。
激光陀螺固有的闭锁效应以及零漂误差等给激光陀螺的研制带来许多困难，直到70年代，美国和法国的一些公司才陆续有激光陀螺产品问世。
1972年，霍尼韦尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪，经随后的改进后其零漂值达0.004o/h，尺寸大小为18cm×20cm×5cm，重量为3公斤。
1975年，霍尼韦尔公司又研制出机械抖动偏频的单轴激光陀螺，并首次成功地应用于战术飞机。
激光陀螺从此进入实用阶段。
并且成功地应用到战术导弹、直升机、潜艇、运载火箭等项目上。
直到80年代初期，激光陀螺才进入批量生产阶段。
1982年，霍尼韦尔公司研制的ARINC 704激光陀螺惯性基准系统正式投入民用航线使用，该系统使用的是GG1342激光陀螺。
现在，世界上的大中型民航客机（如波音系列和空中客车系列）基本上都安装了激光陀螺惯性基准系统，用于导航与稳定。
80年代后期，霍尼韦尔公司和Litton公司研制成功的激光陀螺产品零漂值优于0.01o/h，在航空领域获得广泛的应用。
90年代，他们又解决了激光陀螺的光学集成和数字化技术，使其更加易于工程实现。
1994年2月，日本H-2运载火箭呼啸升空，激光陀螺首次在航天运载器中取代挠性陀螺。
此外，法国Sextant公司研制的二频抖动激光陀螺，零漂值达0.005o/h，也用于阿里亚娜4火箭、阿里亚娜5火箭、军用机和远程导弹上。
90年代末期，美国Litton公司研制的四频差动激光陀螺，由于采用光学方法消除陀螺“闭锁”现象，所以又称为第二代激光陀螺，其零漂值已达0.001o/h，使激光陀螺精度又达到一个新的水平，其最佳时的零漂值已优于0.0003o/h，显然会成为纯惯性远程军用武器系统的优选对象。
激光陀螺仪的原理与应用
激光陀螺仪的原理与应用1. 什么是激光陀螺仪？激光陀螺仪是一种采用激光技术进行测量的陀螺仪。
它通过利用光的干涉与散射现象，测量出物体旋转的角速度和角位移，可以用于惯性导航系统、惯性测量单元等应用。
2. 激光陀螺仪的工作原理激光陀螺仪的工作原理基于光的干涉与散射现象。
它包括一个光路系统和一个探测系统。
光路系统：光路系统由激光器、分光器、光纤、光栅、光电二极管等组成。
激光器发出的激光经过分光器分成两束，分别进入顺时针方向旋转和逆时针方向旋转的光纤。
然后，光纤输出的两束光经过光栅的干涉产生相位差，最后被光电二极管接收。
探测系统：探测系统由光电二极管和信号处理电路组成。
光电二极管将接收到的干涉光转化为电信号，经过信号处理电路放大和滤波后，提取出角速度信号。
3. 激光陀螺仪的优点激光陀螺仪相比其他类型的陀螺仪具有一些优点，包括：•高精度：激光陀螺仪的测量精度高，可以提供精准的角速度和角位移信息。
•高稳定性：激光陀螺仪在不同温度、压力等环境下都能保持较好的测量稳定性。
•长寿命：激光陀螺仪的寿命长，可以用于长期运行的系统和设备。
•低噪声：激光陀螺仪的测量信号噪声低，能够准确地感知微小的角速度变化。
4. 激光陀螺仪的应用激光陀螺仪在许多领域都有广泛的应用，主要包括：4.1 惯性导航系统激光陀螺仪可以用于惯性导航系统中，提供准确的航位信息。
它可以测量飞行器、船舶、车辆等运动的角速度和角位移，提供导航和定位的数据。
4.2 惯性测量单元激光陀螺仪可以用于惯性测量单元中，测量对象的姿态和运动状态。
它可以应用在无人机、机器人、汽车等设备中，提供姿态稳定和运动控制所需的测量数据。
4.3 光电稳定平台激光陀螺仪可以用于光电稳定平台中，平衡和稳定光学器件的姿态。
它可以消除振动和扰动对光学系统造成的影响，提高光学系统的稳定性和精度。
4.4 惯性测绘仪激光陀螺仪可以用于惯性测绘仪中，绘制地球表面的地貌和地理特征。
它可以测量飞机、船舶等载具的角速度和角位移，提供制图所需的测量数据。
激光陀螺仪生产工序流程
激光陀螺仪生产工序流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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2024年激光陀螺惯导系统市场发展现状
2024年激光陀螺惯导系统市场发展现状引言激光陀螺惯导系统是一种基于激光技术和陀螺仪原理的导航系统，广泛应用于航空航天、军事和民用领域。
它通过测量角速度和角度来确定位置和姿态，具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等特点。
本文将对激光陀螺惯导系统的市场发展现状进行分析和总结。
市场规模及增长趋势激光陀螺惯导系统市场在过去几年中呈现稳步增长的态势。
据市场研究机构的数据显示，预计到2025年，全球激光陀螺惯导系统市场规模将达到xx亿美元，年复合增长率约为xx%。
市场增长的主要驱动因素包括：航空航天领域的需求增加、军事应用的扩展以及民用领域需求的增长等。
随着技术的不断进步和市场的拓展，激光陀螺惯导系统的应用范围将得到进一步扩大，市场规模有望持续增长。
市场应用领域航空航天激光陀螺惯导系统在航空航天领域的应用非常广泛。
它可以用于导航、定位和姿态控制等方面。
在航空航天器中，激光陀螺惯导系统能够提供高精度的导航和姿态信息，确保飞行器的安全和稳定。
随着航天技术的发展和探索行星的需求增加，激光陀螺惯导系统在航天领域的市场需求将会增加。
军事激光陀螺惯导系统在军事领域有着广泛的应用。
它可以用于导弹、战机、导弹防御系统等武器装备中，提供精确的导航、定位和目标跟踪功能。
激光陀螺惯导系统的高精度和抗干扰能力使其成为军事系统中不可或缺的一部分。
民用领域随着人们对导航和定位需求的增加，激光陀螺惯导系统在民用领域也得到了广泛的应用。
它可以用于无人机、船舶、车辆等交通工具的导航和控制。
同时，在工业自动化和测绘领域，激光陀螺惯导系统也能够提供精确的位置和姿态信息。
市场竞争格局激光陀螺惯导系统市场的竞争格局较为激烈，主要厂商包括xx公司、xx公司和xx公司等。
这些厂商在技术研发、产品性能和市场渠道等方面具有一定的竞争优势。
为了在市场上取得竞争优势，厂商们不断加大研发投入，提高产品性能和稳定性。
同时，他们也加强与航空航天、军事以及民用领域的合作，开拓新的市场。
激光陀螺仪的原理与应用
激光陀螺仪的原理与应用激光陀螺仪是一种基于光学原理的高精度、高稳定性的惯性导航传感器。
它利用旋转后的Sagnac效应，通过光纤和光学器件来测量角速度，从而确定导航物体的姿态和旋转信息。
本文将详细介绍激光陀螺仪的原理与应用。
首先，我们来了解Sagnac效应。
Sagnac效应是一个相对论效应，它描述了在一个旋转的参考系中传播的光的传播时间差。
如果平面光波经过旋转的介质后回到原点，那么在旋转情况下，由于一侧边与旋转平面一起旋转，而另一侧边则不动，所以光波在传播时间上产生差异，这就是Sagnac效应。
而光纤干涉则是利用两束光线合成的干涉现象来测量光路差。
激光陀螺仪将激光分成两束，一束沿顺时针方向传输，另一束沿逆时针方向传输。
在光纤环形路径上，两束光线会经过一系列的反射和传输，在最终合并的地方形成干涉纹。
根据干涉纹的变化，可以精确测量光线的传播时间差，从而计算出陀螺仪的角速度。
1.惯性导航系统：激光陀螺仪可以通过测量姿态和旋转信息来辅助导航和定位系统，特别是在没有GPS信号或GPS信号不可靠的情况下。
它在无人飞行器、导弹系统和航天器中的应用非常广泛。
2.航空航天工业：激光陀螺仪可以在飞行中测量飞机或导弹的姿态和旋转信息，从而提供导航、导弹制导和飞行控制等方面的支持。
它能够提供高精度的姿态测量，可以在飞行中实时修正姿态。
3.地震勘探：激光陀螺仪可以通过测量地表的旋转信息，来检测和测量地震的发生和水平。
它在地震预警系统中起到重要作用，提供准确的地震数据，以便及时采取适当的措施。
4.船舶导航：激光陀螺仪可以用于大型船舶的导航和航海系统中，通过测量船舶的姿态和角速度来提供精确的导航信息。
船舶在恶劣的水域或海况下，激光陀螺仪可以提供高精度的姿态稳定性，提高船只的驾驶稳定性和安全性。
5.建筑工程：激光陀螺仪可以用于高楼建筑的倾斜角测量，通过精确的测量角度来保证建筑物的垂直度和稳定性。
在大型桥梁和高速公路工程中，激光陀螺仪还可以用于测量和监测桥梁的倾斜度和变形。
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪是一种利用激光的特性进行测量的仪器，其原理基于Sagnac效应。
Sagnac效应是指当光束在旋转体上绕着不同
方向的闭合路径进行传播时，会因为旋转体的旋转而导致光程差的增加或减小，从而产生干涉现象。
而激光陀螺仪就是利用这种干涉现象来测量角速度的。
激光陀螺仪由激光器、分束器、光纤、合束器和光探测器组成。
激光器发出一束平行光，经过分束器后分成两股相同的光束。
其中一支光束沿顺时针方向传播，另一支光束沿逆时针方向传播。
这两支光束通过光纤分别绕过旋转体并再次汇聚在合束器上。
最后，合束器会将两束光进行干涉，并将干涉产生的信号传递给光探测器进行测量。
当旋转体不转动时，两束光程差相等，干涉信号为零。
而当旋转体以一定角速度转动时，两束光的光程差将会发生变化，进而产生干涉信号。
干涉信号的大小与旋转体的角速度成正比，可以通过测量干涉信号的强度来计算角速度的大小。
激光陀螺仪的优点是精度高、响应速度快、使用寿命长等。
它在惯导系统、导航系统、飞行器姿态控制等领域有着广泛的应用。
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理是利用激光的干涉原理来测量物体的旋转角速度的一种仪器。
该原理基于受到科里奥利力的影响，当物体发生旋转时，激光束经过旋转后的路径差会引起干涉条纹的移动，通过测量移动的干涉条纹数来计算物体的旋转角速度。
激光陀螺仪通常由一个光源和两个相邻的光探测器构成。
光源通过分束器分成两束相干的平行激光束，分别由光路1和光路
2进入陀螺仪中。
光路1和光路2在陀螺仪的内部分别沿着两
个正交的轴进行封闭环形路径传播。
当陀螺仪处于静止状态时，两束激光束的光程差为零，干涉条纹处于静止状态。
但当陀螺仪受到旋转时，光程差会发生变化，引起干涉条纹的移动。
应用干涉仪的原理，可以通过光探测器对干涉条纹的移动进行测量，并将移动的干涉条纹数转化为角速度。
激光陀螺仪的精度取决于干涉条纹的移动量的精确测量。
通常使用光电探测器来检测干涉条纹的移动，并将其转化为电信号。
这些电信号经过放大和处理后，传送到计算机或显示器上进行处理和显示。
激光陀螺仪具有很高的精度和稳定性，可以应用于惯性导航、航天器姿态控制、地震测量等领域。
它相比于其他类型的陀螺仪具有较小的尺寸和重量，同时也不会因为其结构的机械磨损而导致性能的下降，因此在一些高精度和长寿命要求的应用中得到了广泛的应用。
浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状
浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状激光陀螺仪[激光陀螺仪的定义]激光于1960年在世界上首次出现。
1962年，美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪。
激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。
在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。
激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。
用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。
为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。
用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。
[技术难点]激光陀螺仪需要突破的主要技术为漂移、噪声和闭锁阈值。
1. 激光陀螺仪的飘移激光陀螺仪的飘移表现为零点偏置的不稳定度，主要误差来源有：谐振光路的折射系数具有各向异性，氦氖等离子在激光管中的流动、介质扩散的各向异性等。
2. 激光陀螺仪的噪声激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。
噪声主要来自两个方面：一是激光介质的自发发射，这是激光陀螺仪噪声的量子极限。
二是机械抖动为目前多数激光陀螺仪采用的偏频技术，在抖动运动变换方向时，抖动角速率较低，在短时间内，低于闭锁阈值，将造成输入信号的漏失，并导致输出信号相位角的随机变化。
3. 激光陀螺仪的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中的损耗，主要是反射镜的损耗。
[国外概况]美国斯佩里公司于1963年首先次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，使这项技术有了使用的可能。
1972年，霍尼威尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪。
激光陀螺的分析
激光陀螺1960年，激光第一次出现在了美国加利福尼亚州的休斯实验室中，它的发明者梅曼也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
不久之后，就因其独特的光学性质而被用于医疗、电子产品、距离勘测等领域，一直被人们称之为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
激光陀螺是利用环形激光器在惯性空间转动时正反两束光随转动而产生频率差效应进而测量敏感物体相对于惯性空间的角速度或转角的仪器。
激光陀螺由氦氖激光器、全反射镜、各种颜色的激光半透半反镜组成，没有旋转的转子部分，是一种无质量的光学仪器，对载体的震动及冲击加速度都不敏感，无需不平衡补偿系统，输出信号没有交叉耦合项，精度高。
用它给武器系统导航，能更精准的打击目标。
激光陀螺是利用Sagnac（萨格纳）效应来测量角速度的，Sagnac效应是指在闭合光路中，从一点发出的一对光波沿闭合光路的相反方向运行一周后再回到原点，这对光波各自经历的光程将根据闭合光路相对惯性空间的旋转而改变，光程差与闭合光路的转动角速率成正比。
在激光陀螺的环形激光器中，沿环形谐振腔顺时针和逆时针运行的激光能够以不同的频率独立振荡。
激光的谐振条件要求腔长为激光波长的整数倍，因此Sagnac效应所导致的光程差转换成反向运行激光的频率差，该频差与环形激光器相对惯性空间转动的角速率成正比。
通过测量激光陀螺瞬时的频差，即可实现角速率或角度的高精度测量。
1962年，美、英、法、前苏联开始研制用激光来作为方向测向器，将其称为激光陀螺仪。
1963年，美国的斯佩里公司率先研制出激光陀螺仪，1974年美国军方参与制定研究计划，不久之后分别在飞机和导弹上试验成功。
此后，激光陀螺仪在航空航天、航海、战车定位方面广泛应用。
我国的激光陀螺技术研究起步均晚于其他发达国家，但是在几代人辛勤的努力下，终于达到了国际先进水平。
尤其是在我校高伯龙院士的带领下，研究团队克服重重困难，在2014年构建了具有独立知识产权的高水平激光陀螺全闭环研发体系，水平达到了国际先进、国内领先的水平。
激光陀螺仪的工作原理
激光陀螺仪的工作原理
激光陀螺仪，也称作无接触式陀螺仪，是一种非常先进的仪器，它可以被应用在多种领域。
它使用激光来测量物体或结构的旋转，移动和位置。
本文将讨论激光陀螺仪的工作原理，并分析其应用。
激光陀螺仪的工作原理是基于激光的检测原理，即激光发射器发出一束激光，它会反射到物体，然后被激光探测器收集（通常是另一台激光探测器）。
检测到的激光的波长和强度可以用来计算物体的移动，旋转和位置。
激光陀螺仪具有很高的精度，且用于测量物体的旋转和移动，可以比常规的机械测量仪更准确，更快速。
无论是垂直运动、水平运动还是旋转，激光陀螺仪都能更准确地测量物体的运动。
此外，激光陀螺仪可以测量大量的物体，而且可以使用多种不同的激光发射器，例如可以使用固态或液态激光发射器。
激光陀螺仪有多种应用，例如机器人臂控制、航空航天设备检测、智能交通视觉测量、虚拟现实和建筑物动态模拟，等等。
激光陀螺仪可以用于传感器仪器系统中，以实现无接触式检测，从而满足不同用途的需求。
此外，激光陀螺仪还可以在机器人系统中使用，它可以实现精确的机器人操作，可以用来测量和控制机器人的运动，帮助机器人执行复杂的动作。
值得一提的是，激光陀螺仪可以在极低的误差范围内测量，可以节省机器人运动的时间和精力。
总之，激光陀螺仪是一种非常先进的仪器，它可以应用于传感器
仪器系统、机器人系统和其他多种领域来实现精确的测量。
以上是有关激光陀螺仪的工作原理和应用的讨论，希望能够帮助到大家。
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(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
如(a)所示，无旋转条件下，两束光传输时间相等， 为
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tCW
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• 如(b)所示，旋转条件下，
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(a)
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• 各种战术导弹和战略导弹
– 小型洲际弹道导弹“侏儒” – Block III战斧巡航导弹
• 观察微小的地震效应、固体地面潮汐效应
2013/5/12
鸣谢
• 汪之国.国防科技大学光电科学与工程学院 光电工程系.激光陀螺及其典型应用.2012.
• 邓志红.惯性器件与惯性导航系统.科学出版 社.2012.
激光陀 4R 2
c
• 亦即
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(S为环路所围成面积)
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(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
• 亦即
• 数学推导得(具体推导 见教材1 P180)
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(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的应用
• 国外大部分战机以及民航
– F-22、F-35、SU-30等战机以及B747、A320等民航机
• 坦克、火炮等常规兵器
– “帕拉丁”自行榴弹炮 – 瑞典的BKAN1A和FH-77B型榴弹炮 – 精密测量侦察车和布雷德利战车
陀螺仪特性
• 定轴性：当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生 了惯性。这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持，指 向固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力 量。
陀螺仪特性
• 进动性：在运转中的陀螺仪，如果在旋转轴上施 加一个力矩，旋转轴并不沿施力方向运动，而是 顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动。
• 优点 • ★原理 • 应用
• 伊国兴.哈尔滨工业大学空间控制与惯性技 术研究中心.微陀螺惯性测量系统.
• 张勇刚.哈尔滨工程大学.光纤陀螺基本原理
2013/5/12
Thank you!!
2013/5/12
激光陀螺仪的原理
• 基本原理 • 原型-----萨古纳克干涉仪(Sagnac 干涉仪) • 实际模型----激光陀螺相对干涉仪 • ★简化模型----环形干涉仪
激光陀螺仪的原理
• 基本原理：陀螺仪的主要作用是获取当前角速度 w。在激光陀螺仪中，我们通过物理模型建立角 速度w与光程差ΔL的关系。并由固有数学公式得 到ΔL与频率差Δf的关系。这时我们便可以通过测 量频率差Δf来得知角速度w
角速度w
光程差ΔL
通过测量频率差ΔL得知角速度w
频率差Δf
激光陀螺仪的原理
• 原型-----Sagnac 干涉仪 • 法国物理学家 Sagnac
发现于 1913 年
激光陀螺仪的原理
• 实际模型----激光陀螺 相对干涉仪
激光陀螺仪的原理
• 简化模型----环形干 涉仪
• 一束光经分束器M进入 同一光学回路中，分成 完全相同的两束光Ccw 和Cccw，分别沿顺时针 方向(CW)和逆时针方向 (CCW)相向传播，当回 路绕垂直于自身的轴转 动时，将使两束光产生
激光惯性制导
-------------我们生活在惯性的世界
主讲人： 唐衣可俊
沙皮狗工作室
整体知识结构
惯性导航系统
加速度计
陀螺仪
激光陀螺仪
目录
• 陀螺仪 • ★激光陀螺仪 • 惯性传感器
陀螺仪
• 定义 • 特性
– 定轴性 – 进动性(逆动性)
陀螺仪定义
• 陀螺仪：是一种用来传感与维持方向的装置。使 用最广泛的是三轴陀螺仪。
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
• 分别求出两个方向的时间
tCCW
2R
c R
tCW
2R
c R
• 传输时间差
4R2
t tCCW tCW c2
M CCW
CCCW
M
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(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪
激光陀螺仪
• 为什么要使用激光陀螺仪，它于传统的陀螺仪相 比有什么优点？
• 答： 传统的惯性陀螺仪对工艺结构的要求很高，结
构复杂，精度很受制约。 而激光陀螺没有旋转的转子部件，没有角动量，
也不需要方向环框架，角度传感器等活动部件， 结构简单，工作寿命长，维修方便，可靠性高。
传统陀螺仪
激光陀螺仪