光纖陀螺的軍事應(yīng)用及前景

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1、光纖陀螺的軍事應(yīng)用及前景110608022008302892陽權(quán)龍1前言陀螺是一種具有敏感角速率和角偏差的傳感器，自1852年陀螺儀問世，因其獨特的性能，已廣泛地應(yīng)用于航海、航空、航天以及國民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。迄今為止，陀螺儀從傳統(tǒng)的剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀發(fā)展到了新型的固態(tài)陀螺儀。特別最近幾十年間隨著光電技術(shù)和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，一種新型陀螺-光纖陀螺應(yīng)運而生。光纖陀螺是一種輕便的由固體元件組成的全固態(tài)器件，作為新一代角速度敏感器件，它具有其它種類陀螺所不具有的獨特優(yōu)點。在航天、航空、航海和兵器等領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域中已具有相當(dāng)強的競爭力，在戰(zhàn)術(shù)級軍用及民用場合中

2、目前已得到廣泛應(yīng)用，如制導(dǎo)魚雷、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、地下探測、地面車輛定位定向、機載慣導(dǎo)系統(tǒng)等。2光纖陀螺的基本原理和種類自從1976年瓦利(V.Vali)和肖迪爾(R.W.Shortill)首次提出光纖陀螺的概念到現(xiàn)在以來，光纖陀螺已經(jīng)從第一代的干涉型光纖陀螺(IFOG)，發(fā)展到了第二代諧振型光纖陀螺(RFOG)和第三代布里淵型光纖陀螺(BFOG)。以上各種類型的光纖陀螺，其基本原理都是利用薩格納克效應(yīng)，只是各自所采用的位相或頻率解調(diào)方式不同，或者對光纖陀螺的噪聲補償方法不同而已。干涉型光纖陀螺是研究開發(fā)最早、技術(shù)最為成熟的光纖陀螺，屬第一代光纖陀螺

3、，它是利用干涉測量技術(shù)把相位調(diào)制光轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹{(diào)制光，把光相位的直接測量轉(zhuǎn)化成光強度測量，這樣就能比較簡單地測出薩格納克相位變化。干涉型光纖陀螺的光纖元器件一般都用單模光纖或保偏光纖制作。目前，低、中性能的干涉型光纖陀螺已經(jīng)實用化，而高性能干涉型光纖陀螺正處于研制之中。諧振型光纖陀螺是第二代光纖陀螺，它是通過檢測旋轉(zhuǎn)非互易性造成的順、逆時針兩行波的頻率差來測量角速率。采用無源諧振腔的R—FOG的基本結(jié)構(gòu)是由光纖構(gòu)成一個諧振腔，其諧振頻率隨薩格納克效應(yīng)的大小而改變，由此測量旋轉(zhuǎn)角速度。諧振型光纖陀螺的研究較晚，主要用來解決光源的波長穩(wěn)定性，對光源的要

4、求十分苛刻，在技術(shù)上還不太成熟，但是很多研究人員認(rèn)為它能提供最大潛在的精度。布里淵型光纖陀螺是第三代光纖陀螺，又稱光纖環(huán)形激光陀螺，或受激布里淵散射光纖環(huán)形激光陀螺。采用有源諧振腔的布里淵光纖陀螺是利用高功率光在光纖中激發(fā)布里淵散射光的光纖陀螺儀。當(dāng)光纖環(huán)中傳輸?shù)墓鈴娺_(dá)到一定程度時就會產(chǎn)生布里淵散射，散射光的頻率由于受薩格奈克效應(yīng)的影響，順、逆時針的兩束布里淵散射光的頻差與旋轉(zhuǎn)角速度成正比。檢測順逆時針方向光波產(chǎn)生的散射光的頻率，并進(jìn)行拍頻處理，就可以得到光纖環(huán)的旋轉(zhuǎn)角速度。布里淵型光纖陀螺直接給出頻率輸出，適合于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它是隨著光纖式

5、光源的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型光纖陀螺。光纖陀螺和環(huán)形激光陀螺原理相似，但是它采用的是光纖環(huán)，具有普通的機械陀螺及激光陀螺所不具有的獨特優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、耐振動、工作壽命長、響應(yīng)速度快、精度高、動態(tài)范圍大、抗電磁干擾、無加速度引起的漂移且重量輕、成本低、可靠性優(yōu)于機械陀螺和激光陀螺等，因此，光纖陀螺具有更多的優(yōu)勢。3光纖陀螺在武器裝備系統(tǒng)中的應(yīng)用近年來在科索沃、阿富汗以及伊拉克戰(zhàn)爭中所使用的精確制導(dǎo)武器，相比于傳統(tǒng)武器彈藥有更高的打擊精度，特別是精確制導(dǎo)炸彈所取得的輝煌戰(zhàn)果，使世界各國普遍認(rèn)識到制導(dǎo)武器在精確打擊中的重要性。由于光纖陀螺本身在測量旋轉(zhuǎn)和

6、加速度變量方面的優(yōu)越性，采用光纖陀螺構(gòu)成的陀螺組件既可以測量導(dǎo)彈運動過程中的俯仰角、偏航角和橫滾角，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)，也可以測量飛行器的方位角速度和俯仰角速度，提供制導(dǎo)武器所需的初始資料。因此，光纖陀螺在制導(dǎo)武器、陸戰(zhàn)武器平臺以及與制導(dǎo)武器有密切關(guān)系的機載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或艦載導(dǎo)航系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。一光纖陀螺在陸戰(zhàn)裝備中的應(yīng)用　近年來,隨著各國軍事發(fā)展的需要,軍事地理信息系統(tǒng)已進(jìn)入實際研發(fā)階段。眾所周知,GPS接收器靠接收GPS衛(wèi)星信號獲取定位信息,所以在山區(qū)、隧道等衛(wèi)星信號微弱甚至根本“看不到”衛(wèi)星的地方,GPS就顯得“力不從心”,但這些地區(qū)

7、往往是敵我作戰(zhàn)的主戰(zhàn)場。為解決上述問題,一般采用GPS與航位推算系統(tǒng)相結(jié)合的辦法彌補GPS失去衛(wèi)星定位信號而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)空缺。航位推算系統(tǒng)是由光纖陀螺和里程計組成的一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng),完全依靠車載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù),不易受周圍環(huán)境的干擾和影響,能夠保證連續(xù)定位。光纖陀螺還可用于裝甲車和坦克的轉(zhuǎn)塔,在車輛瞄準(zhǔn)和射擊時用于穩(wěn)定炮塔。2002年6月,KVH公司為歐洲系統(tǒng)集成商制造的幾輛戰(zhàn)車提供E-Core4000型光纖陀螺,其中單軸E-Core4000型陀螺用于主戰(zhàn)坦克轉(zhuǎn)塔的升級,雙軸E-Core型陀螺集成到新裝甲車的轉(zhuǎn)塔上,在車輛瞄準(zhǔn)和射擊時陀螺將用

8、于穩(wěn)定炮塔。由于E-Core4000型光纖陀螺不包括運動機件,對于那些影響機械陀螺精度和穩(wěn)定性的外部振動、沖擊和加速的慣性和十字線移動不