激光陀螺精度
激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计
激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计杨阳;李锦明;程龙;杜东海【摘要】激光陀螺仪由于存在闭锁效应需要外加抖动偏频来消除;以往的模拟抖动控制电路存在体积大,难以进行精确控制等问题;针对这些问题,设计了一种基于DSP 的数字抖动偏频系统,通过DSP对抖动电压进行精确控制,并注入一种参数可调的锯齿波噪声来消除激光陀螺的动态锁区;经过实验表明,抖动偏频控制系统工作稳定,控制精确,噪声注入效果良好;激光陀螺仪静态测试结果表明,在所设计的抖动偏频系统控制下,激光陀螺测量精度高.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)001【总页数】3页(P237-239)【关键词】激光陀螺;机抖偏频;锯齿波噪声【作者】杨阳;李锦明;程龙;杜东海【作者单位】中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP3110 引言激光陀螺是一种基于Sagnac效应的测量器件。
由于其测量精度高，稳定性好，目前在惯性导航系统中得到了广泛运用。
而由于激光陀螺内部存在闭锁效应，即在输入角速度较小时，陀螺的频差消失，因此陀螺将不能敏感低于闭锁阈值的转动角速度。
为了很好的消除闭锁效应，目前最广泛运用的是机抖偏频的方法［1］。
以往的抖动偏频都是采用模拟正弦驱动，这种电路体积大，难以进行精确控制且噪声注入难度大。
在抖动偏频数字化方面，国内大部分都是使用单片机作为控制芯片，但是由于激光陀螺抖动机构的特性，单片机无法进行精确控制。
速率偏频激光陀螺对准实验v3
速率偏频激光陀螺对准实验方案设计1、实验目的（1）研究使用激光陀螺进行对准实验所能达到的对准精度。
（2）对比5213和5219激光陀螺在抖动偏频和速率偏频状态下进行对准实验所达到的效果。
2、激光陀螺对准实验将夹具的水平面的下表面安装固定在实验转台上，并使固定激光陀螺的一面与下表面呈90°。
调整实验转台，尽量使激光陀螺的敏感轴保持水平，且指向正东方向。
假设转台已达到水平，陀螺的敏感轴与正东方向存在小角度偏差ψ∆，如下图所示，s 为陀螺敏感轴方向。
图1 激光陀螺敏感轴示意图当实验转台以角速率r ω正转时，陀螺测得的角速率为sin()g N r g r t ωωωψεωδ=+∆++其中，N ω为地球自转角速率ie ω在正北方向的投影，cos N ie L ωω=，L 为当地纬度；g ε为陀螺漂移；δ为陀螺安装误差，即陀螺敏感轴与水平面夹角。
法1：直接对g ω进行处理[]cos sin sin()cos()1g N r N r r g t t ψψωωωωωωεδ∆⎡⎤⎢⎥∆⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦法2： 离散化后累加111cos sin sin()cos()NN Ngk N r k N r k r k k k g t t N N ψψωωωωωωεδ===∆⎡⎤⎢⎥∆⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦∑∑∑法3：假设第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内转台输出的角速度是恒定的，=Nr zT αω，则陀螺输出的角增量()()N-1(1)N-1(1)N-1N sin[(1)] cos[(1)]() [cos()cos()] zzzz NT gN g N r z g r N T NT N r z g r r N T N z g z N Nt N T t N T t TT ααωωαψεωδωωαψεωδωωαψαψεαδα--=∆=--++∆++⎧⎫=---++∆++⎨⎬⎩⎭=+∆-+∆++∑⎰总总总总N-1N2sin sin()2zN Ng z N NT T ααωαψεαδα+=+∆++总总 即N-1N N-1N cos sin 2sin sin()2sin cos()22z z gNN N N N zN g N N T T T ψψαααααωαωααεααδ∆⎡⎤⎢⎥∆⎡⎤++⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦总总总总其中z T ——取样时间间隔g α∆——陀螺每个T 输出的角增量N ——目前已经过的z T 的个数gN α——第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内陀螺输出的总角增量N α——第(1)z N T -个时刻到第z NT 时刻内转台输出的角增量N α总——从0时刻到第z NT 时刻内转台输出的总旋转角度3、速率偏频激光陀螺对准实验停止机械抖振，采用速率偏频进行对准实验。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光技术来实现精密测量的仪器，它的工作原理基于光学干涉和陀螺效应。
激光陀螺通过测量光的传播时间差来检测物体的旋转状态，从而实现精准的导航和定位。
激光陀螺的原理基于光的干涉效应。
当光线经过不同路径传播后再汇聚在一起时，如果光程差满足一定条件，就会发生干涉现象。
激光陀螺利用这种干涉效应来测量光的传播时间，从而确定物体的旋转角度。
当物体发生旋转时，光在不同方向上传播的距离会发生变化，导致光程差的变化，最终通过测量光程差的变化来确定物体的旋转状态。
另一方面，激光陀螺还利用了陀螺效应。
陀螺效应是指当一个旋转体发生旋转时，其自身会产生一个额外的力矩，使得旋转轴相对于其它参考物体保持不变。
激光陀螺利用陀螺效应来实现对物体旋转状态的测量，通过测量旋转轴相对于参考物体的变化来确定物体的旋转角度。
激光陀螺的工作原理可以简单地理解为利用光的干涉效应和陀螺效应来测量物体的旋转状态。
通过精准的光学测量和信号处理，激光陀螺能够实现高精度的导航和定位，广泛应用于航天、航空、军事和科研领域。
总的来说，激光陀螺是一种基于光学原理的精密测量仪器，利用光
的干涉效应和陀螺效应来实现对物体旋转状态的测量。
其工作原理复杂而精密，需要高度的光学技术和信号处理技术支持。
激光陀螺的发展为现代科技领域提供了重要的技术支持，推动了导航和定位技术的发展，为人类探索未知领域提供了重要的帮助。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光干涉原理测量角速度的仪器，它具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
激光陀螺的原理基于两束光的干涉，即一个被分成两束光后沿不同路径传播，再合成成为一束光的过程，其干涉条纹的移动量与陀螺的角速度成正比，通过测量干涉条纹移动的量，可以计算出陀螺的角速度。
激光陀螺由光源、分束器、反射器、探测器等部件组成。
当光源发出一束光经分束器分成两束光后，一束光被反射器反射后回到分束器上，而另一束光则直接到达探测器上。
当陀螺绕其轴线旋转时，由于科里奥利力的作用，反射器的方向会发生改变，使得反射器反射回来的光路长度发生变化，从而导致两束光的相位差发生变化，产生干涉条纹的移动。
激光陀螺的测量精度与光路长度、光程差、光波长等因素有关。
为了提高测量精度，激光陀螺通常采用多路光路、多束激光等方法，同时还需考虑陀螺的温度、振动等因素对测量精度的影响。
激光陀螺在现代科技中有着广泛的应用。
例如在航空、航天领域中，它可以用于导航、姿态控制等方面；在地震、大地测量等领域，它
可以用于精确测量地球的旋转、地壳运动等信息。
激光陀螺的应用不仅提高了测量精度和稳定性，还推动了科学技术的发展。
激光陀螺原理是一种基于激光干涉原理测量角速度的仪器，具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
光纤陀螺的精度和稳定性研究
光纤陀螺的精度和稳定性研究光纤陀螺是一种利用光纤的技术来测量角速度和角位移的设备，它在惯性导航、精密导航和航空航天等领域得到广泛的应用。
其优点在于精度高、稳定性强、寿命长、重量轻以及体积小等特点。
本文将深入探讨光纤陀螺的精度和稳定性研究，为读者带来一份的科学知识。
1. 光纤陀螺介绍光纤陀螺的工作原理是利用旋转光路效应，将激光束从光纤中传入陀螺仪，在单位时间内测量旋转角度和旋转速度，从而得到角速度和角位移的数据。
它与传统的机械陀螺相比，具有更高的精度和稳定性，并且摩擦和磨损小，减少了运动部件的故障和损坏。
2. 精度研究光纤陀螺的精度是指测量角速度和角位移的精度，在实际应用中，这是非常关键的，特别是在高精度测量中。
目前，研究人员采用了多种方法来提高光纤陀螺的精度，例如：采用更高的分辨率、适度地减小量程、优化信号处理算法和补偿噪声等，使测量的误差尽可能地减小。
3. 稳定性研究光纤陀螺的稳定性是指在变化的环境条件下，其测量精度的保持能力。
如果在复杂的环境中，光纤陀螺的稳定性较差，则会影响其应用价值。
因此，研究光纤陀螺的稳定性有着重要的意义。
研究人员通过降低环境温度、减小机械负载、研究隔振系统和优化结构设计等方法提高光纤陀螺的稳定性，并保证其在极端环境下也能够正常工作。
4. 常见应用光纤陀螺在军事、航空航天、自动驾驶等领域得到了广泛的应用。
例如，在惯性导航系统中，光纤陀螺具有更好的性能，能够提供更精确、更可靠的角度测量信息；在飞行模拟中，光纤陀螺能够实时地测量飞机的各种角度信息，从而模拟更精细的飞行过程；在智能机器人中，光纤陀螺可用于机器人运动的控制和姿态稳定等。
5. 未来发展随着技术不断的发展，光纤陀螺的应用也将会越来越广泛。
在未来，研究人员将继续致力于提高光纤陀螺的精度和稳定性，并且开发更多的应用场景。
同时，将适应新的需求和挑战，将光纤陀螺的技术发展到更高的层次。
总之，光纤陀螺的精度和稳定性是其在现实应用中的关键，对于提高光纤陀螺的精度和稳定性有着长期的研究和探索价值。
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。
激光陀螺测角仪的量化误差及其减小方法
激光陀螺测角仪的量化误差及其减小方法我折腾了好久激光陀螺测角仪的量化误差及其减小方法，总算找到点门道。
咱先说说啥是激光陀螺测角仪吧。
简单来讲，它就是一个用来测角度的仪器，靠激光在陀螺里转啊转，然后根据一些原理得出角度。
我一刚开始捣鼓这量化误差的时候啊，那真的是一头雾水，就像在黑夜里摸瞎一样。
我知道量化误差就是测量出来的值和真实值之间的那点差距。
那怎么减小呢？我一开始就想，是不是测量的环境有影响呢？我就试着把这测角仪放在不同的环境里，比如说温度有点变化的地方、有点微振动的地方。
结果发现，温度的影响还挺大的。
就好比一个人在热天和冷天跑步速度不一样，这个测角仪在不同温度下，就有点“迷糊”，测量的误差就变大了。
这就是一个教训，以后要把环境温度控制好。
还有啊，我在检查仪器内部的时候，发现有一些小部件的安装好像不是特别精准。
我当时就在想，这就好比盖房子，如果砖头没有砌齐，那这房子肯定不稳固啊。
于是我就试着重新校准了那些部件，还真有点效果，误差减小了一些呢。
另外一个我觉得挺重要的，就是关于信号处理这一块。
这个激光陀螺测角仪里的信号可复杂了。
我开始处理信号的时候啊，方法太简单了，就像拿个大网捞小鱼，好多有用的信息没捞着，平白增加了误差。
后来我参考了好多资料，学习了更细腻的信号处理方法，就像用细网捞鱼，这回误差又小了些。
我不太确定的就是光路调校这一块了，我感觉光路要是没调好，激光在里面跑的路线就会有偏差。
我试着调校了几次，也有点成效。
但我知道，我调校的可能不是最优的，这方面还得继续摸索。
在减小量化误差方面，还有校准这一方法。
就好比给东西称重之前，得先让秤准了才能称出准确的重量。
我按照说明书，很认真地给测角仪做校准，一定要严格按照步骤来啊，随随便便可不行。
校准过后，确实能看到误差变小的效果。
我也想过从算法上去改进能不能减小误差。
这就像是给工人设计新的工作流程一样，算法改好了，测角仪就能更聪明地处理数据。
我试了几种算法，有的算法一用上，误差像是坐了滑梯一样往下降，有的就不太行。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
方案应采用正反交替旋转，否则会引入新的误差。
旋转调制技术的本质就是改变陀螺敏感轴方 向，使依附于陀螺敏感轴上的误差方向在导航系 中改变，使不同方向上的等效器件引起的系统导 航误差相互抵消，从而提高导航精度。
旋转调制技术必须具有以下几个基本条件才 能提高系统精度：1）旋转或者翻转不能增加惯 性器件误差；2）惯性器件的敏感轴方向在导航 系中有规律的变化。
• 磁镜偏频激光陀螺也是利用交变的抖动使 陀螺从锁区偏置出来。它是利用等效转动
• 恒速偏频激光陀螺是近年发展起来的一种 偏频方案，它利用速度恒定度非常高的机械 转动来实现偏频，其精度比机抖陀螺高，但 其体积大，而且输入速率范围低。
• 四频差动激光陀螺的腔体中运行着两队顺、 逆方向的激光，分别构成两个单陀螺，对它 们施加相同的法拉第效应偏频，使之远离锁 区。再把二者的拍频相减，就得到陀螺的输 入角速率。这种陀螺结构复杂，成本高，技
•《激光陀螺随机漂移的数字滤波方法研究》
激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它 是影响激光陀螺精度的重要因素，采用数字 滤波的方法可以减小随机漂移对激光陀螺精 度的影响。常见‘AR（2）模型’、‘卡尔曼 滤波’、‘小波分析’和‘小波包分析’这 四种数字滤波方法，可以利用功率谱和Allan 方差的分析方法对这几种滤波效果进行比较。 结果表明，对于激光陀螺的随机漂移的滤除， 基于AR模型的卡尔曼滤波法的效果最好，基 本上消除了陀螺的随机误差，而小波分析法 和小波包分析法只能在一定程度上消除高频
•《船用激光陀螺捷联惯导系统中激光陀螺误差 自动补偿的方法研究》
激光陀螺误差自动补偿的一般方法是采用激光陀 螺测量轴换向法。例如，测量轴相互正交的三个 激光陀螺绕测量轴XYZ中的一个轴（例如Z轴）稳 定的旋转可以减少另外2个轴（例如X轴和Y轴） 的激光陀螺的常值漂移，但并不能减少沿Z轴激 光陀螺的漂移。理论和实践表明：陀螺组件绕不 与测量轴相重合的一般轴旋转是可行的。这种方 法称为动态自动补偿。
经过43年的努力，环形激光器（激光陀螺仪）获得成功！
经过43年的努力，环形激光器（激光陀螺仪）获得成功！科学技术的发日新月异，军事装备也在不断更新换代中，当前各个国家都把目光聚焦在激光武器和定位导航系统上面。
在现代战争中，武器装备除了能够快速响应，并且在第一时间做出部署和反击之外，还要能实现精准打击，然而这个就离不开环形激光器，也就是人们常说的激光陀螺仪。
1991年，美国在海湾战争中利用战斧“千里点穴”，让人大开眼界更是直接主导了战争的走向，也让战斧名声大噪，这一切都要归功于战斧的核心器件，激光陀螺仪。
激光陀螺仪能够精准地测定运动物体在任意时刻的空间位置，是目前航空、航海以及航天等诸多领域都离不开的惯性导航仪器，也是飞行器惯性导航系统的核心器件，如果说没有这项技术，就不可能有高端精准制导的武器。
美国早在1963年就开始进行激光陀螺仪的研究，1975年在飞机上试飞成功，1976年制导武器上试验成功。
就在美国成功研究出激光陀螺仪之后，我国知名科学家钱学森意识到这一领域的重要性，明白了激光陀螺仪蕴藏的潜在价值和广阔市场，于是成立研究室，开始了激光陀螺仪的探索之路。
因为当初我们设备基础跟不上，西方又对我们机进行封锁，从事相关实验的人员和材料都没有，甚至一些实验的器材都需要我们自己的动手去造，研究条件非常艰苦只能摸着石头过河。
但是，最终在高伯龙院士的带领下，我们的激光陀螺仪团队克服重重困难，历经43年终于取得成功。
我们成功研制出全内腔绿色氦氖激光器，使得中国成为继美俄法之后，第四个能够独立自主地研发激光陀螺仪的国家。
这一技术的出现，填补了中国多项领域的空白，在航空航天以及军事领域都有巨大价值。
经过那一次的尝试，中国在激光武器拥有了大批高质量的博士和研究生，高伯龙院士功不可没。
但是不幸的是，高伯龙院士在2017年12月6日因病去世，享年80岁。
高伯龙院士曾立下豪言壮语:外国有的我们都要有!正是因为有这样奋勇拼搏的科学家们，才让祖国的实力越来越强，是他们让祖国的明天会更加美好。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光技术测量旋转角速度的仪器。
其原理基于光学陀螺的运行方式，通过光的干涉效应来检测旋转角速度。
激光陀螺的工作原理可以简单理解为光在旋转的环境中传播时，会受到旋转的影响，从而产生干涉效应，通过检测这种干涉效应来确定旋转的角速度。
激光陀螺的基本结构包括激光器、光路系统、探测器和信号处理器等组成部分。
激光器发射出单色、相干性强的激光光束，经过光路系统的反射和干涉后，最终到达探测器。
当激光光束受到旋转环境的影响时，会产生干涉效应，这种干涉效应会在探测器中转化为电信号，经过信号处理器处理后得到旋转角速度的测量结果。
激光陀螺相比传统机械陀螺具有更高的精度和稳定性，可以应用于导航、姿态控制、地震监测等领域。
激光陀螺的优势在于其无机械运动部件，因此不受机械磨损和惯性等因素的影响，具有更长的使用寿命和更高的测量精度。
激光陀螺的原理虽然复杂，但在实际应用中却具有广泛的用途。
通过不断的技术创新和改进，激光陀螺的性能得到了进一步提升，使其在航天、航空、军事等领域发挥着重要作用。
激光陀螺的发展不仅推动了光学技术的进步，也为人类社会的发展做出了重要贡献。
总的来说，激光陀螺的原理虽然复杂，但其应用前景广阔，为人类
社会的发展带来了巨大的推动力。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，相信激光陀螺将在未来发展中发挥出更加重要的作用，为人类社会的发展带来更多的惊喜和便利。
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电源：±30 V、±12 V、±5 V、15 V DC
功耗：＜25 W
通讯接口：RS422
电气接口：J30J-25ZK
物理指标
重量：＜5.9 kg
体积：200 mm×186 mm×123 mm
环境适应性：
工作温度：-40℃~70℃
贮存温度：-55℃~80℃
振动：满足GJB150附录图A 8 W曲线地面车辆上设备振动试验曲线的要求
）
100°/s or 0.0278°/h
（我国发展：如漂移率0.01°~0.02°/h的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞，漂移率0.05°/h以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用）
带宽
50
线性度
1
量程
600
角度随机游走
6°/sor 0.00166667°/h
冲击：30 g，11 ms
产品名称：HT-LG-IMU激光陀螺仪
产品简介：
小型数字化IMU，具备精度高、体积小的优点；预留减振器及GPS转换板安装接口。
技术指标
1）陀螺仪指标
零偏稳定性：≤0.01°/h（1σ）
零偏重复性：≤0.003°/h（1σ）
随机游走系数：≤0.003°/√h
标度因数重复性：≤10 ppm
标度因数非线性度：≤10 ppm
2）加速度计指标
零偏稳定性：5×10-5g（1σ）
零偏重复性：5×10-5g（1σ）
ห้องสมุดไป่ตู้陀螺性能指标
测试结果
标度因子
17.8
零漂
（陀螺仪的发展经历了几个阶段。最初的滚珠轴承式陀螺，其漂移速率为(l-2)°/h，通过攻克惯性仪表支撑技术而发展起来的气浮、液浮和磁浮陀螺仪，其精度可以达到0.001°/h，而静电支撑陀螺的精度可优于0.0001°/h。从60年代开始，挠性陀螺的研制工作开始起步，其漂移精度优于0.05°/h量级，最好的水平可以达到0.001°/h。