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光纤陀螺的军事应用及前景
11060802 2008302892 阳权龙
一、陀螺仪概述
我们大家小时候一定都玩过陀螺,陀螺转起来后,能保持很好稳定性。
陀螺是一种具有敏感角速率和角偏差的传感器,自1852年陀螺仪问世,因其独特的性能,已广泛地应用于航海、航空、航天以及国民经济等领域。
光纤陀螺是一种轻便的由固体元件组成的全固态器件,作为新一代角速度敏感器件,它具有其它种类陀螺所不具有的独特优点。在航天、航空、航海和兵器等领域以及工业领域中已具有相当强的竞争力,在战术级军用及民用场合中目前已得到广泛应用,如制导鱼雷、光纤制导导弹、地下探测、地面车辆定位定向、机载惯导系统等。
二、光纤陀螺的基本原理和种类
自从1976年瓦利( ) 和肖迪尔(R. )首次提出光纤陀螺的概念到现在以来,光纤陀螺已经从第一代的干涉型光纤陀螺(IFOG) ,发展到了第二代谐振型光纤陀螺(RFOG)和第三代布里渊型光纤陀螺(BFOG)。它们的基本原理都是利用萨格纳克效应。
DSP-4000干涉型光纤陀螺
1. 干涉型光纤陀螺(IFOG)
干涉型光纤陀螺是研究开发最早、技术最为成熟的光纤陀螺,属第一代光纤陀螺,它是利用干涉测量技术把相位调制光转变为振幅调制光,把光相位的直接测量转化成光强度测量,这样就能比较简单地测出萨格纳克相位变化。干涉型光纤陀螺的光纤元器件一般都用单模光纤或保偏光纤制作。
目前,低、中性能的干涉型光纤陀螺已经实用化,而高性能干涉型光纤陀螺正处于研制之中。
2. 谐振型光纤陀螺(RFOG)
谐振型光纤陀螺是第二代光纤陀螺,它是通过检测旋转非互易性造成的顺、逆时针两行波的频率差来测量角速率。采用无源谐振腔的R—FOG的基本结构是由光纤构成一个谐振腔,其谐振频率随萨格纳克效应的大小而改变,由此测量旋转角速度。谐振型光纤陀螺的研究较晚,主要用来解决光源的波长稳定性,对光源的要求十分苛刻,在技术上还不太成熟,但是很多研究人员认为它能提供最大潜在的精度。
3. 布里渊型光纤陀螺(BFOG)
布里渊型光纤陀螺是第三代光纤陀螺,又称光纤环形激光陀螺,或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺。
采用有源谐振腔的布里渊光纤陀螺是利用高功率光在光纤中激发布里渊散射光的光纤陀螺仪。当光纤环中传输的光强达到一定程度时就会产生布里渊散射,散射光的频率由于受萨格奈克效应的影响,顺、逆时针的两束布里渊散射光的频差与旋转角速度成正比。检测顺逆时针方向光波产生的散射光的频率,并进行拍频处理,就可以得到光纤环的旋转角速度。
光纤陀螺和环形激光陀螺原理相似,但是它采用的是光纤环,具有普通的机械陀螺及激光陀螺所不具有的独特优点:结构简单、耐振动、工作寿命长、响应速度快、精度高、动态范围大、抗电磁干扰、无加速度引起的漂移且重量轻、成本低、可靠性优于机械陀螺和激光陀螺等,因光纤陀螺具有更多的优势。图为各种类型的光纤陀螺。
三、光纤陀螺在武器装备中的应用
由于光纤陀螺本身在测量旋转和加速度变量方面的优越性,采用光纤陀螺构成的陀螺组件既可以测量导弹运动过程中的俯仰角、偏航角和横滚角,引导导弹飞向目标,也可以测量飞行器的方位角速度和俯仰角速度,提供制导武器所需的初始资料。因此,光纤陀螺在制导武器、陆战武器平台以及与制导武器有密切关系的机载惯性导航系统或舰载导航系统中获得了广泛的应用
利比亚战争
1. 光纤陀螺在陆战装备中的应用
现在GPS定位系统在各国的军事装备上都得到了广泛的应用。在山区、隧道等卫星信号微弱的地方,GPS 就显得“力不从心”,但这些地区往往是敌我作战的主战场。为解决上述问题,现在采用GPS 与航位推算系统相结合的办法弥补GPS 失去卫星定位信号而产生的数据空缺。
航位推算系统是由光纤陀螺和里程计组成的一种自主式导航系统,完全依靠车载设备自主完成导航任务,不易受周围环境的干扰和影响,能够保证连续定位。