光纤陀螺工作原理及滤波方法研究.docVIP

第1章 绪论 §1.1 研究背景及意义 航向姿态系统(Heading attitude system)是航空飞行器的重要导航设备，它通过惯性元件测量可以获取物体的运动参数根据组成及原理，航姿系统可分为四代分立式航姿系统（LZ+BDP）、组合式航姿系统（HZX）、二代改进型航姿系统及三代机采用光纤捷联航姿系统。§1.1.1 分立式航姿系统（LZ+BDP） 一代航姿系统分立式航姿系统，主要由综合罗盘（LZ）和地平仪（BDP）组成，下面分别从综合罗盘和地平仪介绍第一代航姿系统。陀螺传感器飞机的姿态指示。地平仪的基本原理是利用摆的地垂性与三自由度陀螺的稳定性相配合，使陀螺自转轴始终保持在与地平面相垂直的位置上，通过测量地垂线，建立起一条“人工地线”，根据“人工地线”与“小飞机”的相对位置，反映出飞机姿态。§1.1.2 组合式航姿系统 二代航姿系统由组合陀螺、磁航向传感器、磁航向修正计算器、继电器盒、控制盒、综合放大器、地平仪指示器、航向位置指示器、角速度信号器等部件组成。与一代航姿系统相比，在全姿态组合陀螺、继电器盒及放大器上进行了部分的融合，同时合并了综合罗盘（LZ）及远读地平仪（BDP）。 §1.1.3 二代改进型航姿系统 二代改航姿系统用来测量并显示飞机的磁航向和姿态；系统具有纬度修正、快速协调、磁-半转换、盘旋切断、自检测等功能；可与微波系统交联显示微波航向偏差告警信号和下滑偏差告警信号；与惯性/卫星组合导航系统交联，显示惯性/卫星组合导航系统的真航向、俯仰、倾斜及其告警；与无线电罗盘系统交联，显示无线电方位及其告警；向飞控系统提供磁航向、俯仰、倾斜、航向偏差信号。二代改航姿系统主要由由测量基准、航姿指示器及电源变换器个部分组成§1.1.4 光纤捷联航姿系统 光纤捷联航姿系统是基于捷联惯性测量及组合解算技术的航向姿态系统。系统采用光纤速率陀螺、挠性摆式加速度计和捷联磁传感器为敏感元件来感测飞机飞行过程中沿机体三个轴向上的运动角速率、线加速度信号及地磁信号分量，经相应电子线路将这些信号量化、补偿后传输给系统中的航姿解算计算机，由航姿解算计算机解算得出飞机的磁/半航向、姿态等信号，通过RS422A数字接口输出给信号转换盒，经数字/同步变换后输出给综合航向指示器、地平转弯指示器及火控系统等其它机载设备。 §1.2 国内外研究现状及发展趋势 光纤陀螺的诞生和发展得益于近年来激光陀螺的快速发展和广泛应用，激光陀螺为第一代光学陀螺，光纤陀螺为第二代光学陀螺，基于激光技术的光学陀螺为全固态陀螺，光学陀螺的出现是近年来光纤传感器研究领域最为重要的成就之一。 光学陀螺诞生于20世纪七十年代，美国犹他州立大学的V.Vali和R.Shorthill教授在1976年在进行充分理论论证的基础上对光纤陀螺进行了实验演示，在此基础上，进行一系列实验室环境下的研究论证，研制出第一台光纤陀螺样机，由此标志着光纤陀螺已经诞生。 光纤陀螺自诞生发展到现在，现已发展到第三代光学陀螺。其中第一代为干涉式光纤陀螺（IFOG），技术成熟并已经应用在多个领域，其市场份额正稳步增加；第二代为谐振式光纤陀螺（RFOG），第二代的实验室理论检测精度要高于第一代光纤陀螺，第二代惯性陀螺技术日趋程序，已进入产品化进程进入各应用领域；第三代为受激布里渊散射式光纤陀螺（BFOG），第三代陀螺还处于理论研究阶段，一旦其研制成功，第三代陀螺比前两代光纤陀螺有更大的优越性，将会具有更为广阔的应用前景。按陀螺产品的结构进行划分，光纤陀螺可分为单轴和多轴两类，其中单轴和三轴光纤陀螺应用最为广泛；按照陀螺的精度级别和其技术指标要求划分，光纤陀螺可分为速率级、战术级(中间级)、导航级和精密级四类，衡量其性能的主要指标为零偏稳定性，上述几个级别光纤陀螺的的零偏稳定性（值）分别为10～1000、0.1～10、0.01、0.001；按照光纤陀螺的回路类型又可分为开环和闭环两类，相对来说，闭环光纤陀螺仪基本上解决了开环光纤陀螺在线性度方面的局限性，因而闭环光纤陀螺具有更好的标度因数精度和更大的动态范围，其应用前景相对于开环光纤陀螺应用前景更为广阔。 近年来，随着光纤技术的发展，光纤陀螺的大部分关键技术已得到解决，其性能(灵敏度、稳定性、动态范围、标度因子)大大提高。美国Honeywell公司生产的战略级高精度闭环光纤陀螺达到的性能指标为:零偏稳定性0.0003，随机游走0.00008，标度因数非线性度0.5ppm。目前，高分辨率、宽动态范围、高稳定性及数字输出的FOG已成为研究热点。 经过30多年的研究和开发，光纤陀螺仪在国外早已由实验室进入实际工程应用，并已批量生产,广泛应用于多种领域：光学罗盘及高精度寻北系统；战术武器制导系统；卫星定向和跟踪；战略导弹系统和潜艇导航系统；陆地导航系统 ；航姿