一 激光陀螺發(fā)展歷史

　　1913年，法國科學(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，隨后很長一段時(shí)間里，由于沒有合適的相干光源，光學(xué)Sagnac效應(yīng)的研究基本上沒有任何進(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)域成為世界各國研究的熱點(diǎn)。1961年，美國科學(xué)家C.V。Heer在美國物理學(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感知外界輸入角速率的變化口 。隨后，美國斯佩里公司于1963年首先做出了激光陀螺儀的實(shí)驗(yàn)裝置。1966年，美國霍尼威爾公司開始使用石英作腔體，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，二頻機(jī)抖激光陀螺技術(shù)也已基本成熟，將作為未來信息化武器裝備的關(guān)鍵器件。

　　二 激光陀螺優(yōu)點(diǎn)

　　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)：

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

　　2.精度高。美國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。

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

　　4.壽命長?？煽啃院谩猱a(chǎn)品的壽命已達(dá)10萬小時(shí)以上，平均無故障時(shí)間(MTBF)優(yōu)于1萬小時(shí)

　　5.標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定。國外激光陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定度高達(dá)1ppm，國內(nèi)激光陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定度也己達(dá)到10 ppm。

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

　　7.數(shù)字量輸出、無需模數(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。

　　8.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。

　　9.功耗低，體積小，重量輕。

　　10.既是速率陀螺，也是位置陀螺。使用靈活，應(yīng)用范圍廣。

　　三 國外激光陀螺應(yīng)用情況

　　目前世界上研制和生產(chǎn)激光陀螺及其系統(tǒng)的主要國家有美，英、德、法、日本和俄羅斯，其中美國和法國研制的水平最高，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) 。

　　美國研制激光陀螺儀的廠家有霍尼威爾，利頓、斯佩里和辛格?；鶢柛Ｌ氐裙尽Ｋ古謇锕居?963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年美國國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SEXTANT公司在1972年開始研究激光陀螺儀，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，并在法國未來戰(zhàn)略導(dǎo)彈項(xiàng)目上中標(biāo)。SAGEM公司從1977年開始研究環(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。，國外激光陀螺實(shí)用產(chǎn)品精度性能參數(shù)如表1。1所示

　　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)行組合來提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，這樣就可以通過低成本、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)劃在未來十年里將組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度提高到3m(CEP)。

　　四 國內(nèi)激光陀螺應(yīng)用情況

　　國內(nèi)激光陀螺起步于六十年代，大約七十年代初，清華大學(xué)、國防科技大學(xué)、蘇州第一光學(xué)儀器。，中國計(jì)量科學(xué)院、航空部303所先后開始了激光陀螺的研究，曾進(jìn)行過抖動(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、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等開始了第一輪的激光陀螺研究。到“八五’期間，國防科技大學(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：中國航空工業(yè)總司618所和國防科技大學(xué)。在激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)研究領(lǐng)域，國內(nèi)起步于80年代初期，80年末開始從前蘇聯(lián)引進(jìn)少量二頻機(jī)抖激光陀螺開展關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，國產(chǎn)激光陀螺樣機(jī)研制成功后則轉(zhuǎn)向主要針對(duì)國產(chǎn)激光陀螺開展系統(tǒng)研究工作。

　　發(fā)展至今，國產(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，研制出國內(nèi)第一套激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于無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)航問題，提高了部隊(duì)的反應(yīng)能力 ，目前國防科大等科研院所也在開展遠(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

中科科美制造陀螺混氣臺(tái)

　　我國作為發(fā)展中國家，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。

　　國外上述戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的裝備和發(fā)展中。幾乎無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。通過慣性+GPS，慣性+無線電指令，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、愛國者、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，存在最大的問題是動(dòng)態(tài)范圍小、準(zhǔn)備時(shí)間長、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題。

　　國內(nèi)激光陀螺經(jīng)過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(指標(biāo)對(duì)比參加表1)

　　五 激光陀螺生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備

　　在激光陀螺生產(chǎn)過程中，會(huì)用到陀螺儀表檢測(cè)裝置、陀螺儀充油裝置、陀螺儀充排氣臺(tái)、高真空釬焊退火爐等，北京中科科美科技股份有限公司是國內(nèi)最早從事陀螺儀表生產(chǎn)裝備制造廠商，其生產(chǎn)的設(shè)備廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各個(gè)陀螺生產(chǎn)企業(yè)幾研究所。陀螺儀表生產(chǎn)裝備市場(chǎng)占有率超過80%。以下是幾種關(guān)鍵陀螺生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)介

　　5.1陀螺儀專用檢測(cè)裝置

　　用于陀螺儀除氣、充氣及密封檢漏。廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶等軍工業(yè)及民用領(lǐng)域。該系統(tǒng)具有防爆安全措施;系統(tǒng)采用濾油裝置，具有環(huán)保措施，泵的排氣口裝有防毒過濾器。

　　技術(shù)參數(shù)

　　1.系統(tǒng)極限真空度：1×10^-5Pa;

　　2.系統(tǒng)工作真空度：1×10^-4Pa;

　　3.系統(tǒng)漏氣率：≤1×10^-10Pa•m³/s;

　　4.系統(tǒng)放氣率：≤1×10^-7Pa•m³/s;

　　5.充氣壓力范圍： 100Pa-100kPa;

　　6.系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)間：≥36 h;

　　7.真空儲(chǔ)存罐耐壓：≤20atm;

　　8.真空儲(chǔ)存罐內(nèi)氣體露點(diǎn)≤-65℃。

　　5.2陀螺儀真空滴油臺(tái)

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　高真空滴油臺(tái)可提供一個(gè)清潔無油的高真空環(huán)境，可用于精密儀表、陀螺、精密傳感器和變送器等需要充注高純度油的器件上，實(shí)現(xiàn)其加熱除氣及充油。

　　技術(shù)參數(shù)

　　1.空載冷態(tài)極限真空：優(yōu)于5.0×10^-5Pa;

　　2.加熱溫度：20℃～600℃;

　　3.充油速度可控：1～10滴/分(可調(diào))或根據(jù)要求定制。

　　5.3激光陀螺充排氣臺(tái)

　　應(yīng)用概述

　　主要用于激光陀螺諧振腔陰極的真空處理。具有無油蒸汽污染，排氣速度快，極限真空度高等特點(diǎn)，而且具有停水、停電自動(dòng)保護(hù)報(bào)警和系統(tǒng)過壓保護(hù)功能。

　　技術(shù)參數(shù)

　　1.系統(tǒng)極限真空度：5×10^-7Pa;

　　2.鐘罩極限真空度：5×10^-4 Pa;

　　3.烘烤溫度：400℃可控可調(diào);

　　4.鐘罩內(nèi)徑：定制;

　　5.提升高度：按需求;

　　6.工件個(gè)數(shù)：5-10個(gè);

　　5.4高真空釬焊退火爐系統(tǒng)

　　產(chǎn)品描述

　　該系列設(shè)備主要用于陀螺儀表，在真空環(huán)境下做釬焊、退火等工藝處理。

　　技術(shù)參數(shù)

　　1.系統(tǒng)極限真空度5×10^-5Pa;

　　2.工作真空度1×10^-4Pa。

　　3.系統(tǒng)漏率≤1×10-10Pam³/S;

　　4.最高加熱溫度≥1000℃;

　　5.升溫速率0.5～10℃/min;

　　6.溫度均勻性≤±5℃;

　　7.控溫精度≤±2℃;

　　8.均溫區(qū)范圍≥∅250mm×400mm。