光纤陀螺技术及应用
第5期
杨远洪等:先纤陀螺技术及应用
图7为法国Ix∞a公司在研制高精度观测卫星用光纤陀螺时进行辐射试验的情况嘲。现在,FC)G已能承受20—50l【rad的总剂量辐射。
图7器件的辐射特性测试实验:(a).y射线试验,(b)和(c)质子试验
F置g.7砌i砸∞tes协:(a)G瑚a廿e啦,(b)&(c)PIa啪tei她
(3)噪声抑制
高精度的姿态控制和稳定系统要求陀螺具有低的漂移和极低的噪声。FI)G的主要噪声来源为热噪声、散粒噪声和光源的强度噪声,这些噪声直接影响陀螺的随机游走系数。陀螺的信噪比可用下式表示:
州《《耐Ⅺ(黔告卜(7)
式中:下标T、S和1分别表示热、散粒和光源强度;忌为玻耳兹曼常数;r为绝对温度;P为电子电量;△u为频域的光源谱宽;蜀.为检测负载阻抗;<f>为探测器的平均光电流;曰为检测带宽。增加光功率可以明显减小前两项噪声,但第3项噪声,即相对强度噪声(剐N)的影响,必须通过噪声控制和抵消的方法减小。图8为采取
噪声抑制措施前后陀螺角度随机游走(删系数,可
以看出,ARw有了明显降低旧。在国外,高精度F()G的
删已达到80删、/^的高水平研。
AlrWr/‘。)・h.“
图8噪声相消前后陀螺的随机游走系数
Fig.8
ARW
aftcr,bef‘玳Im叮subs眦t
(4)提高可靠性、寿命技术
尽管FoG本身具有可靠性高、寿命长的特点,但究的重点之一。理论和实践都表明采用冗余技术对提高系统可靠性是非常有效的。如图9(Tb为闭环F()G的MIBF时间),曲线口和6分别表示采用冗余前后,惯性测量单元的可靠性,后者显然比前者具有更好的可靠性四。在现有技术条件下,F()G的MIBF一般为
000
h,经过优化设计,已达到50
000
h以上。
L
n
n
n
扫翟_
n
n
Time/“TI
图9惯性测量单元的可靠性
Fig.9Reliability
of珊IU
(5)其他技术
FoG的全固态结构能承受巨大的振动和冲击,但在实际情况下,由于结构和工艺的原因,震动和冲击的影响仍会引入不可接受的误差,因此在F()G进入实用时,必须进行结构优化设计,完善其抗振动、冲击
能力。由于光纤存在Fa咖效应,变化的磁场会引入
位相误差,因此在屏蔽材料的选取和结构设计时需要根据应用情况优化。在空间应用,需要经受热真空的影响,在海上应用,还要考虑密封和防侵蚀。目前,经
过优化设计,Fl粥已被证明能在最恶劣的环境下正常
工作。
仍存在由于元器件失效和电子系统故障引起的各种问题,提高可靠性和保证F()G的长寿命也是现在需要研20
630
红外与激光工程第36卷
3.2
FoG在机载系统中的典型应用
3国外光纤陀螺产品及应用
3.1
(1)机载同温层红外天体观测(SOF队)系统隅1
SoFI是NASA、DLR合作开发的一项机载同温层红外天体观测计划,其主要目的是将一个口径2.5的天文望远镜装在Boein9747飞机上,在12范围为0.3一1.6
m
LN200及其系列产品嗍
N洳p
LN200惯性测量单元(珊U)是Li仕on公司(现属
G11lmm锄公司)在20世纪90年代初开发
505m
的,由3个FoG和3只微硅加速度计及相关电路组
(4l000i11)的高空实现红外天体的高分辨观测,波段
成,是一套性能、价格和适应性都非常出色的mm,
针对不同的应用,已形成系列化产品,如图10所示,其中LN2lO用于姿态测量,LN20l用于中程空空弹飞控。该产品已售出超过45000个,广泛应用于空间飞行器稳
I眦。这个系统对角度指向精度的要
求非常高<O.2”,要求惯性系统的角度测量误差>0.08”,而且完全不能有机械振动污染,FoG成了唯一的选择。法国Phot0I此s公司为此研制出了高精度
定、摄影/测绘、姿态测量控制、运动补偿、E蛳L瓜稳定、
导航、飞控等。典型的实际应用对象包括Cle删ine、De印
space
m町系统FoGl80,陀螺部分性能如表2所示,达到
了系统要求,该系统于2003年随望远镜完成了悬浮实验。
表2FoGl踟主要性能
Tab.2
I、TSX5、Migll够satⅡ、C嘶olis、MusesC等卫星;火
星探测器;MK—船、Stringmy鱼雷;中程空空弹;Com蚰che
直升机RAH舶;运输机cH46等。
Mainspecmcation
ofFoGl80
SDecificationRandowwalkBi嬲s诅tImty
Par锄etef
O.000
22(。),h”
O.003(。)/h(一20“60℃)15×10-6(一20,+60℃)
<O.00l”
Scale缸tofs忸1)il姆
Angularinc∞ment
DynaIIlic瑚ge
图lO
±30(。),s
LN200及其系列产品
Fig.10L,N200andsefialpfoducts
LN200中FOG采用图4所示的闭环方案,为共光源结构,光纤环使用200m保偏光纤,采用全数字检测方案。经过优化设计,LN200具备了很好的环境适应性。FoG在变温环境(1玛oC抽lin变化速率,一55—+95。C范围)下零漂小于0.1(o)m(10,;在11.7
(2)先进目标指示前视红外系统(ATFL瓜)㈣RaytIleon公司为F从一18C/D和E汴研制了一种新
型的精确长程A讯肽,主要为JDAM和JSOW武器提
供目标指示(图11)。该系统采用了Fibersensor公司(现
属Nortl玳)pGnlmman公司)研制的F600型光纤陀螺
gms随机振动条件
下,零漂小于0.13(o)m(1力。LN200m阿系列产品的主要指标如表l所示。
表l
Tab.1
m哪,光纤长度600m,陀螺精度优于O.1(o油,带宽大
于500
Hz,工作温度铷 ̄+70℃。采用光纤陀螺的
A1'l吧取在视距、光束偏差、定点精度和MIBF等与
LN2∞主要性能指标
Mainspecmcati蚰ofLN2∞
n仉T
MU直接相关指标都有了大幅度提高。目前该系统已通
过长时间的实际飞行验证,.有10余套投入使用。
cm
Size
船.89×8.64
748.4312
g
weight
Bow盱
W
!塑坚塑
hⅡBF
50000h
二坠=±!!:里
爿rFLlR
ly啪
图ll
Fig.1lFOGapplicatiOnin
lMub朋
FoG在A啊腮中的应用
A.11兀Ⅱt
光纤陀螺技术及应用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
杨远洪, 申彤, 郭锦锦, YANG Yuan-hong, SHEN Tong, GUO Jin-jin北京航空航天大学,光电技术研究所,北京,100083红外与激光工程
INFRARED AND LASER ENGINEERING2007,36(5)38次
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引用本文格式:杨远洪.申彤.郭锦锦.YANG Yuan-hong.SHEN Tong.GUO Jin-jin 光纤陀螺技术及应用[期刊论文]-红外与激光工程 2007(5)