世界激光陀螺研發(fā)應(yīng)用一瞥——知己知彼

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1913年，法國(guó)科學(xué)家Sagnac進(jìn)行了環(huán)形光路中外界轉(zhuǎn)動(dòng)引起干涉條紋變化的實(shí)驗(yàn)，并從理論上對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，提出了著名的sagnac效應(yīng) 。但是，隨后很長(zhǎng)一段時(shí)間里，由于沒(méi)有合適的相干光源，光學(xué)Sagnac效應(yīng)的研究基本上沒(méi)有任何進(jìn)展。直到1960年，激光在世界上首次出現(xiàn)，激光陀螺作為激光技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。1961年，美國(guó)科學(xué)家C．V．Heer在美國(guó)物理學(xué)會(huì)上發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)激光陀螺的報(bào)道。他介紹了采用測(cè)量環(huán)形激光諧振腔內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的正反兩束激光之間的頻率差來(lái)感知外界輸入角速率的變化口 。隨后，美國(guó)斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺儀的實(shí)驗(yàn)裝置。

1966年，美國(guó)霍尼威爾公司開(kāi)始使用石英作腔體，并研究出交變機(jī)械抖動(dòng)偏頻法，使這項(xiàng)技術(shù)有了實(shí)用的可能。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展和完善，目前，激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于軍用和民用方面。在我國(guó)，二頻機(jī)抖激光陀螺技術(shù)也已基本成熟，將作為未來(lái)信息化武器裝備的關(guān)鍵器件。

傳統(tǒng)的陀螺儀利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械轉(zhuǎn)子的定向性和進(jìn)動(dòng)性來(lái)測(cè)定相對(duì)于慣性空間的轉(zhuǎn)速和方位。但 E是由于高速轉(zhuǎn)子的存在所帶來(lái)的缺陷，如不耐沖擊振動(dòng)，何加速度效應(yīng)等等，使其在慣性導(dǎo)航中的應(yīng)用受到了限制，妨礙了進(jìn)一步的發(fā)展 。而激光陀螺的工作原理與常規(guī)機(jī)電陀螺完全不同，它具有下列優(yōu)點(diǎn)：

》性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。激光陀螺由于沒(méi)有高速轉(zhuǎn)子，因而堅(jiān)固可靠、耐沖擊振動(dòng)、抗加速度性能好。

≯精度高。美國(guó)的高精度激光陀螺達(dá)到0.0005°／h，中高精度產(chǎn)品的零漂在0.001°-,0.01°／h之間。

》動(dòng)態(tài)范圍寬，可測(cè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速范圍高。

≯壽命長(zhǎng)�？煽啃院�。國(guó)外產(chǎn)品的壽命已達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上，平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)優(yōu)于1萬(wàn)小時(shí)

》標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定。國(guó)外激光陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定度高達(dá)1ppm，國(guó)內(nèi)激光陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定度也己達(dá)到10 ppm。

≯啟動(dòng)迅速。由于沒(méi)有象機(jī)電陀螺一樣存在馬達(dá)的啟動(dòng)與穩(wěn)定問(wèn)題，激光陀螺啟動(dòng)后可短時(shí)間內(nèi)(3-8s)輸出信息。

>數(shù)字量輸出、無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換。激光陀螺的輸出信號(hào)是脈沖形式，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)就得到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字量，便于計(jì)算機(jī)處理，不需要高精度的AD電路。

≯對(duì)于同樣的精度和性能要求，激光陀螺的成本比機(jī)電陀螺低。

≯功耗低，體積小，重量輕。

≯既是速率陀螺，也是位置陀螺。使用靈活，應(yīng)用范圍廣。

目前世界上研制和生產(chǎn)激光陀螺及其系統(tǒng)的主要國(guó)家有美，英、德、法、日本和俄羅斯，其中美國(guó)和法國(guó)研制的水平最高，激光陀螺技術(shù)發(fā)展很成熟，并形成了二頻機(jī)抖、四頻差動(dòng)、空間三軸、塞曼陀螺等不同類犁的系列產(chǎn)品。目前已經(jīng)達(dá)到最高水平的零漂值為0．00015。／h，輸入速率動(dòng)態(tài)范圍±1500。／s，使用壽命20萬(wàn)小時(shí)以上，輸入軸對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)定度達(dá)到微弧量級(jí) 。

美國(guó)研制激光陀螺儀的廠家有霍尼威爾，利頓、斯佩里和辛格．基爾福特等公司。斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺儀的實(shí)驗(yàn)裝置。1972年，霍尼威爾公司研制出GO-1300型激光陀螺儀。1974年美國(guó)國(guó)防部下令海軍和空軍聯(lián)合制定研究計(jì)劃，1975年在戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)試飛成功，1976年在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈試驗(yàn)成功。此后，激光陀螺儀在航空，航天、航海、戰(zhàn)車定位定向方面廣泛應(yīng)用。法國(guó)SEXTANT公司在1972年開(kāi)始研究激光陀螺儀，成功應(yīng)用于“美洲虎”直升機(jī)、ANS超音速導(dǎo)彈和“阿里安’'4火箭，并在法國(guó)未來(lái)戰(zhàn)略導(dǎo)彈項(xiàng)目上中標(biāo)。SAGEM公司從1977年開(kāi)始研究環(huán)行激光陀螺儀，應(yīng)用于航空及潛水艇的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)；其生產(chǎn)的GLCl6型樣機(jī)主要用于直升機(jī)和小型運(yùn)載火箭的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。1994年2月，日本H2運(yùn)載火箭呼嘯升空，激光陀螺首次在航天運(yùn)載器中取代撓性陀螺。。

美軍現(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)、航空制導(dǎo)武器等大多都裝備了激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。為了提高激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度和可靠性，美軍采用GPS與之進(jìn)行組合來(lái)提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，這樣就可以通過(guò)低成本、中等精度的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)與GPS組合得到高精度的導(dǎo)航系統(tǒng)。在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍使用的各類作戰(zhàn)飛機(jī)、戰(zhàn)斧I(xiàn)I型巡航導(dǎo)彈，GBU-15航窄制導(dǎo)炸彈等均采用激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)／GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)采用P(Ⅵ碼GPS時(shí)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度可以達(dá)到8m(CEP)�？扑魑謶�(zhàn)爭(zhēng)后，美軍加大了激光陀螺捷聯(lián)慣WGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的生產(chǎn)量，以滿足制導(dǎo)武器的需求。并且美軍計(jì)劃在未來(lái)十年里將組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度提高到3m(C

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國(guó)內(nèi)激光陀螺起步于六十年代，大約七十年代初，清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、蘇州第一光學(xué)儀器，。，中國(guó)計(jì)量科學(xué)院、航空部303所先后開(kāi)始了激光陀螺的研究，曾進(jìn)行過(guò)抖動(dòng)偏頻、四頻差動(dòng)激光陀螺的方案與實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)激光陀螺的基本理論進(jìn)行了探討。

八十年代，航空部618所、航天部12所、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)等開(kāi)始了第一輪的激光陀螺研究。到“八五’期間，國(guó)防科技大學(xué)．航空部618所先后進(jìn)行了技術(shù)鑒定。“九五”期間及以后，國(guó)內(nèi)進(jìn)行激光陀螺元件與整機(jī)研制的單位主要是：中國(guó)航空工業(yè)總司618所和國(guó)防科技大學(xué)。在激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)起步于80年代初期，80年末開(kāi)始從前蘇聯(lián)引進(jìn)少量二頻機(jī)抖激光陀螺開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，國(guó)產(chǎn)激光陀螺樣機(jī)研制成功后則轉(zhuǎn)向主要針對(duì)國(guó)產(chǎn)激光陀螺開(kāi)展系統(tǒng)研究工作．發(fā)展至今，國(guó)產(chǎn)激光陀螺已成功應(yīng)用于現(xiàn)役武器裝備改造和新型武器系統(tǒng)研制。

八五”初期，國(guó)防科技大學(xué)率先引進(jìn)俄羅斯生產(chǎn)的KM2型二頻機(jī)抖激光陀螺，研制出國(guó)內(nèi)第一套激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于無(wú)人駕駛核化偵察裝甲車。之后，又引進(jìn)俄羅斯生產(chǎn)的 e3二頻機(jī)抖激光陀螺研制出激光陀螺定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)．成功應(yīng)用于軍用機(jī)器人系統(tǒng)．同期研制的激光陀螺捷聯(lián)慣性定位定向系統(tǒng)樣機(jī)也已成功應(yīng)用于”，陣地聯(lián)測(cè)子系統(tǒng)，解決了武器系統(tǒng)在復(fù)雜氣象、地理環(huán)境下的定位、定向、導(dǎo)航問(wèn)題，提高了部隊(duì)的反應(yīng)能力 ，目前國(guó)防科大等科研院所也在開(kāi)展遠(yuǎn)程彈載，船（艇）載激光陀螺捷聯(lián)慣性測(cè)量組合系統(tǒng)的研究。

我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，樹立了打贏高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭(zhēng)為目標(biāo)的戰(zhàn)爭(zhēng)觀，這就決定了我軍裝備發(fā)展中必須堅(jiān)持有所為和有所不為發(fā)展策略。而有所為的核心是必須首先對(duì)空中來(lái)犯之?dāng)辰o予有效打擊。要達(dá)到這一基本目的就必須強(qiáng)化空空、面空、地空、艦空等戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的發(fā)展和強(qiáng)化獲得這些武器使用的平臺(tái)和信息的技術(shù)。同時(shí)必須具有一定的威懾反擊能力，相應(yīng)地加強(qiáng)地地導(dǎo)彈、反艦武器的發(fā)展。

國(guó)外上述戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的裝備和發(fā)展中．幾乎無(wú)一例外地均采用了慣性測(cè)量單元(IMU)作為中制導(dǎo)的核心部件。通過(guò)慣性+GPS，慣性+無(wú)線電指令，慣性+雷達(dá)，慣性+紅外／激光，慣性+圖象等等實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈的精確打擊和智能化，實(shí)現(xiàn)了離軸發(fā)射和發(fā)射后不管的新空戰(zhàn)模式，實(shí)現(xiàn)了面防空和面反導(dǎo)的能力．其典型裝備如戰(zhàn)斧、愛(ài)國(guó)者、AM．1 20、HUMRAAM(高機(jī)動(dòng)車載防空系統(tǒng))、R．27、R．77、PBB—AE、S-300、X-59、花崗巖、SS．N．12、捕鯨叉、米卡，箭1／2等等。

因此慣性測(cè)量單元(IMU)已經(jīng)成為戰(zhàn)術(shù)武器的核心傳感器，已成為當(dāng)今高技術(shù)武器裝備中必須優(yōu)先發(fā)展和大力加強(qiáng)的關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)。

我國(guó)目前的戰(zhàn)術(shù)武器的慣性技術(shù)主要基于撓性陀螺，存在最大的問(wèn)題是動(dòng)態(tài)范圍小、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性差、可靠性低和標(biāo)校周期短。

基于激光陀螺的慣性測(cè)量單元恰好可以較為有效地解決上述問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)激光陀螺經(jīng)過(guò)20余年的研制，逐漸形成了多個(gè)研制核心，個(gè)別單位目前已經(jīng)形成了一定的小批量生產(chǎn)能力。其中618所為某重點(diǎn)戰(zhàn)機(jī)型號(hào)配套的激光陀螺組合已經(jīng)批量交付。航天33所為某重點(diǎn)型號(hào)配套激光陀螺已經(jīng)進(jìn)行了靶試，航天13所的慣導(dǎo)系統(tǒng)也進(jìn)行了試飛。。目前我國(guó)除飛機(jī)外，近程地地導(dǎo)彈、中程空空導(dǎo)彈、遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈、地空導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、魚雷武器、等多種戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器應(yīng)用對(duì)激光陀螺慣性測(cè)量單元都有強(qiáng)烈需求。

我國(guó)研制生產(chǎn)的激光陀螺性能也達(dá)到了一定水平，如618所 研制的激光陀螺由于采用了微處理器電子控制模塊，使激光陀螺的尺寸和重量都到了減少，同時(shí)還擴(kuò)大了激光陀螺的工作溫度范圍，提高了漂移的重復(fù)性，達(dá)到0.01°～0.005°/h同時(shí)還減少了激光陀螺的隨機(jī)游走，達(dá)到0.002°～0.003°/h

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依托于MIT的德雷珀實(shí)驗(yàn)室原來(lái)是美國(guó)慣性技術(shù)領(lǐng)域的老大，雖然由于忽視激光陀螺和捷聯(lián)技術(shù)開(kāi)發(fā)，失去了領(lǐng)導(dǎo)地位，但僅1996年的編制為1250人，科研經(jīng)費(fèi)為2.3億美元。

再看上面提到的618所，618慣導(dǎo)部的一些沒(méi)買車的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)購(gòu)了10幾輛，飛控部團(tuán)購(gòu)了15輛標(biāo)志307。早兩天又有豐田經(jīng)銷商在618設(shè)了一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)橛钟腥艘獔F(tuán)購(gòu)10幾輛花冠。目前618中層及以上領(lǐng)導(dǎo)（約100多位）基本上都買了車，沒(méi)買的也是不想買，同時(shí)絕大部分領(lǐng)導(dǎo)都擁有兩套房（單位分的一套，在外買的一套）而其中絕大部分都是約40萬(wàn)的商品房一次付清。當(dāng)然所一級(jí)領(lǐng)導(dǎo)要就不買要就買的70萬(wàn)以上的房，好像有兩位買的別墅，飛控部一位領(lǐng)導(dǎo)更是一次買了兩套房，自己一套，給父母一套，然后又去買了部20萬(wàn)的車。但是，你不要羨慕，因?yàn)檫@都是領(lǐng)導(dǎo)，如果你有啥后臺(tái)，那來(lái)618做個(gè)中干絕對(duì)很滋潤(rùn)，一年弄個(gè)2，3十萬(wàn)小意思。如果沒(méi)有，但你比較容易滿足，也可以來(lái)，至少本科生來(lái)618還不錯(cuò)，第一年下來(lái)能拿到45000左右（不包括公積金和房補(bǔ)

樵薪

大俠，前面的好像沒(méi)有多少人感興趣，我把重點(diǎn)高亮了。
再看上面提到的618所，618慣導(dǎo)部的一些沒(méi)買車的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)購(gòu)了10幾輛，飛控部團(tuán)購(gòu)了15輛標(biāo)志307。早兩天又有豐田經(jīng)銷商在618設(shè)了一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)橛钟腥艘獔F(tuán)購(gòu)10幾輛花冠。目前618中層及以上領(lǐng)導(dǎo)（約100多位）基本上都買了車，沒(méi)買的也是不想買，同時(shí)絕大部分領(lǐng)導(dǎo)都擁有兩套房（單位分的一套，在外買的一套）而其中絕大部分都是約40萬(wàn)的商品房一次付清。當(dāng)然所一級(jí)領(lǐng)導(dǎo)要就不買要就買的70萬(wàn)以上的房，好像有兩位買的別墅，飛控部一位領(lǐng)導(dǎo)更是一次買了兩套房，自己一套，給父母一套，然后又去買了部20萬(wàn)的車。但是，你不要羨慕，因?yàn)檫@都是領(lǐng)導(dǎo)，如果你有啥后臺(tái)，那來(lái)618做個(gè)中干絕對(duì)很滋潤(rùn)，一年弄個(gè)2，3十萬(wàn)小意思。如果沒(méi)有，但你比較容易滿足，也可以來(lái)，至少本科生來(lái)618還不錯(cuò)，第一年下來(lái)能拿到45000左右（不包括公積金和房補(bǔ)

老鷹

既然是今日新聞聯(lián)播，我想是不是最近有了突破？大俠們證實(shí)一下。

ws456456

研究所的工作太累了，車子，房子好一點(diǎn)是理所當(dāng)然的啦

ltk5614

今天新聞聯(lián)播放的激光陀螺儀。。。

祥云飛魚

  吹這么厲害 還不是 借鑒外國(guó)技術(shù)（也許是竊取）  套國(guó)家的錢！ 有點(diǎn)道德是挖人  沒(méi)有道德就是商業(yè)間諜！

我很呆

哈哈。阿呆的客戶就有霍尼韋爾。但是只涉及通風(fēng)系統(tǒng)。
真空封裝是特難的事情。放多少年都是一個(gè)精度。要打仗。拉出來(lái)就上。

反正就是重大突破。也沒(méi)人懂技術(shù)。隨便瞎忽悠了。

侯爵莊園

學(xué)些了