[00391447]高精度光纤陀螺仪及系统技术

惯性导航是一种全自主、全天候和隐蔽性强的导航技术，能快速、准确地测量运动载体的姿态、速度和位置，因此，广泛应用于舰船、装甲车、飞机及卫星的导航、定位和姿态控制，西方发达国家对高精度陀螺仪及系统一直实施严格的产品禁运和技术封锁。陀螺仪是惯性导航的核心技术，传统的机械式陀螺仪体积大、精度低、价格昂贵、使用寿命短、维修困难。而代表新一代陀螺仪的光纤陀螺仪本质上是由光电子器件组成的光干涉仪系统，没有任何活动部件，这决定了它具有一系列无可比拟的、独特的优点：不怕冲击振动，可以在恶劣的力学环境下应用；灵敏度高；测量范围大；成本低；加工简单。因此，光纤陀螺仪是最具应用前景的惯性器件。美、俄等发达国家先后形成了自主的系列化产品，几乎覆盖所有的军事应用领域，并已经开始取代传统的机械式陀螺仪。该项目在国家863计划、科技部对俄合作重大专项、工信部高技术船舶和国家自然基金等支持下，产学研结合，对光纤陀螺仪及系统研制、生产过程中的技术瓶颈问题取得了重大突破，主要创新成果包括：发明光纤环无骨架绕环技术，解决了光纤环无骨架绕制、固化及安装加固等一系列工程化中的工艺问题，提高了光纤陀螺的温度稳定性和抗冲击性能。并用光纤白光干涉扫描测量方法，实现光纤陀螺环内任意一点由于光纤本身制造缺陷或绕环过程中引起的局部微小损伤的定量测试，保证对绕环光纤的质量及绕环工艺的精确控制，为高精度光纤陀螺的光路设计提供了技术保障。提出光纤陀螺捷联惯导系统一体化设计理念，在国内最早完成三轴一体化光纤陀螺仪设计，并在一体化光纤陀螺的调制解调中，采用四态调制技术实现了对Y波导半波电压漂移的实时跟踪补偿，提高光纤陀螺的线性度及标度因数的稳定性，解决了国内导航级光纤陀螺仪稳定性差和抗干扰能力弱等问题。提出了一种光纤陀螺动态性能测试和惯性测量单元粗、精结合标定方法，有效地补偿了陀螺动态误差、陀螺和加速度计之间的不同步误差等，降低了光纤陀螺的非线性和动态误差。通过以上攻关，批量化生产的光纤陀螺在大量程、全温下零偏稳定性<0.01°/h，标度因数非线性<1ppm，并且采用导航数据压缩初始对准、非线性滤波组合导航技术，实现了在动态和全温环境下，系统上电10分钟内（静态3分钟)，方位对准精度优于0.1°，高动态条件下24h航姿跟踪精度优于0.06°。经相关部门测试和同行专家鉴定，该技术整体达到国内领先、国际先进水平。项目获发明专利7项，软件著作权1项，发表论文21篇，获黑龙江省科技进步一等奖1项。该成果已批量装备于中国新型海警船，作为航行安全和武器装备精确打击的基础，为保卫东海与南海的海洋权益做出了贡献。除此之外，项目成果还在地空导弹发射车、深海石油开采、民用船舶导航、雪龙号科考船、高分辨率对地观测等领域得到成功应用，2014年形成产值逾亿元。