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光线环绕制过程中的关键技术研究
1 引言
(FoG),至今,光纤陀螺已经发展了三十多年,而且发展相当迅速。其基本原理是利用Sagnac效应来检测相对于惯性空间的旋转。作为自主式导航的新一代产品,其从一问世就立刻受到了各国军方的高度重视,其主要关键技术一般都严格保密。目前国外光纤陀螺研制已经进入实用化阶段,且精度不断在提高,°/h的光纤陀螺已大量应用。国内中低精度光纤陀螺仪已经开始了工程应用,但是高精度光纤陀螺仪还有许多关键技术需要克服,且仍然处于实验室研究阶段。
通过改变光纤长度和环圈直径,可以制成各种精度的光纤陀螺仪,以适应不同领域的需求。光纤陀螺的灵活结构,使之能够广泛地应用于汽车导航、石油钻井、飞机的姿态控制、中短程导弹。高精度光纤陀螺仪更是被期望能够替代造价昂贵的静电陀螺仪,使之在精密航天器、战略核潜艇具有不可替代的作用。
光纤陀螺仪从初期的理论分析研究已经进入到必须掌握核心技术突破关键技术瓶颈的阶段,对其开展研究具有重要的军事价值和社会经济效益。
光纤陀螺仪发展概况
国外光纤陀螺仪发展
。在1978年激光惯性旋转敏感器SPIE会议之前,几乎没有关于光纤陀螺的任何出版物。在1978年的这次会议上发表的论文来看,涉及到光纤和波导,半导体激光器以及光纤陀螺系统。1979-1980年问提出了在分光器附近用简单的相位调制器实现非可逆相位调制以检测Sagnae相移的概念[1]。大约从1984年开始,大量的研究工作集中在研制集成光学相位调制器上,1985年期间保偏耦合器得到实用,中低精度光纤陀螺仪开始实用化。总的说来国外光纤陀螺仪研究主要分为三个阶段,第一阶段为七十年代中后期至八十年代早期,主要致力于光纤陀螺仪噪声机理,相关光学元器件的研制,以研究中低精度的光纤陀螺仪为主,光纤环圈采用单模光纤环,调制技术主要以模拟开环为主;第二阶段为八十年代中期至九十年代中期,开始大力发展数字闭环光纤陀螺仪,采用保偏光纤环,陀螺精度取得了明显提高,°/h,并开始工程化研究;第三阶段为九十年代中期至今,开始研制更高精度的光纤陀螺仪,,并结合导航系统的研制,在工程应用方面取得了突破性进展。
内光纤陀螺仪研制现状
国内光纤陀螺仪研制由北京航空航天大学于上世纪八十年代中期首先开始研制,目前部分研制单位其中低精度光纤陀螺仪已经丌始批量生产,但存在成品率低,环境适应性差,可靠性不高等问题。国内高精度光纤陀螺正P处于研究初期,部分关键技术具备技术基础,如掺饵光纤光源技术、商性能保偏耦合器等,但是基于数字调制解调技术的降噪技术、商性能光纤环圈绕制及其固化、磁屏蔽技术、光纡陀螺工程化应用等部没有开展研究。截止“十五”末国内报道的,°/h的光纤陀螺分别为航天时代研制的0. 005°/h原理样机、°/h三轴光纤陀螺实验室样机(—°/h之间)、北京航空航天大学研制的0 004°/h高精度光纤陀螺原型机。上述三家研制的高精度陀螺原理样机或原型机代表了困内最高水平。
北京航空航天大学(简称北航)足国内虽早从事光纤陀螺研制的单位之一,上世纪八十年代,北航张惟叙教授开始跟踪、研究光纤陀螺的发艟,随着国内外光纤通讯和光纤传感技术的发展,光纤陀螺成为了二十一世纪最有竞争力的惯性导航元件,北航光纤陀螺的发展得到了国家的大力支持,其光纤陀螺技术的研宄逐渐确它了国内的领先地位。
北航依托国家的支持和高校的特有知识人才优势,对光纤陀螺的各级元件和相关技术进行全面研究,目前它们已经基本掌握了光纤陀螺核心关键元件光源、Y波导(即集成光学芯¨)和耦台器的研制技术,并正在大力开展对光纤敏感环圈绕制技术的研究。
从高精度光纤陀螺的发展特点来看,,但其光源采用了大功率、宽光谱1550nm的掺铒光纤光源(即ASE光源),同时光纤的长度也增加到2000~3000米。另外,北航专门组建了一个团队在从事光纤敏感环圈绕制及其固化技术的研究,。它既可以提高光纤敏感环圈的性能稳定精度也可以提高陀螺的温度稳定性和抗冲击振动等性能。
航天时代电子公司(简称航天时代)是由原航天十院第十三研究所、上海八0三所光纤部等单位合并组建而成的,该公司整合航天十院多家研究所的人才、技术和硬件