光学惯性测量与导航系统第一章-绪论(20120913)课件

光学惯性测量与导航系统杨功流教授主讲：OpticInertialMeasurement&NavigationSystem9664，6542-823电话：晁代宏讲师张小跃讲师课程安排学时:32学时上课时间:1-16周考试方式:平时+笔试参考书目（推荐但不局限）:《光纤陀螺惯性系统》，王巍主编，中国宇航出版社，2010《光纤陀螺及其应用》，张维叙主编，国防工业出版社，2008《光纤陀螺仪》，H.C.Lefevre，国防工业出版社，2002《捷联惯导系统原理》，陈哲，中国宇航出版社，1986课程的主要内容简介第一章绪论第二章光学惯导系统核心器件第三章光学惯性测量装置第四章光学惯性导航系统第五章光学捷联惯性组合导航系统第六章光学捷联惯导系统初始对准第七章典型光学惯性测量与导航系统实验一光学惯性器件试验

实验二光学惯性测量装置标定试验

实验三光学惯导系统对准/导航试验

1.1课程目的及意义

随着惯性器件技术的发展，两光陀螺的应用日趋广泛，是惯性领域的“新宠”。北航是光纤陀螺的发源地，经过多年的技术研发和工程化实践，光纤陀螺在多个领域获得了成功的应用。目前，北航没有针对两光陀螺及由其构成的光学惯性系统设置课程。因此，为培养未来的工程师，有必要设置本课程，从原理、系统设计到实验全面、系统地教授工学研究生光学惯性测量及导航系统的相关知识，为将来更好从事惯性技术研究打下基础。1.1课程目的及意义

惯性器件及系统是北航精密仪器及机械学科的特色方向之一，依托“惯性仪表”国防重点实验室，拥有良好的研究和试验条件。北航是国内光纤陀螺的发源地和最高水平的代表，拥有一流的技术水平和试验条件。本课程重点讲授光学惯性器件及导航系统。通过本课程的学习，使学生掌握光学惯性器件的基本工作原理、误差模型、惯性测量单元测试及标定技术、光学惯性测量及导航系统构筑方法、典型光学惯导系统方案等，为将来更好从事惯性技术研究打下基础。几个基本概念导航：导引航行器从一个地方到达另一个地方的过程；跟踪方向、指令航行;惯性导航：基于牛顿经典力学定律，依靠载体自身的传感器，为载体提供运动状态信息，是一个开环系统；惯性制导：常用于无人航行器，将运动状态信息与预定目标信息比较，用于修正载体的航行状态，含有控制回路，是闭环系统；组合导航系统：以惯性导航系统为主系统，采用其它外部信息，对其进行辅助，形成的系统；1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性仪器：是指在惯性技术中，以旋转质量惯性为其特征的陀螺仪以平移或旋转质量惯性为其特征的加速度计陀螺仪：用来检测运载器在惯性空间中的角运动；加速度计：用来检测运载器运动时的比力，并进而解算出运动信息。惯性测量装置（IMU）：由加速度计和陀螺组成，输出导航解算所需的角增量和速度增量。几个基本概念1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯导系统的组成加速度计：用于测量载体的运动加速度。通常应有两个至三个，并安装在三个坐标轴方向上。陀螺稳定平台：为加速度计提供一个准确的坐标基准，以保持加速度计始终沿上个轴向上测定加速度，同时也使惯性测量元件与载体的运动相隔离。该平台可以是物理平台，也可以是数学平台，取决于是平台式导航系统还是捷联式导航系统。导航计算机：用来完成诸如积分等导航计算工作，若有必要则同时提供陀螺施距的指令信号。电源及必要的附件等。1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性导航系统基本原理

初始位置、速度、姿态加速度计--比力积分速度积分位置陀螺仪—角速度积分角度1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性导航的基本原理是

基于牛顿运动学定律的航迹推算.惯性导航本质是一个三维空间的刚体运动学问题.1.2惯性导航系统基本概念及重要地位太阳惯性坐标系（i系）

地心惯性坐标系（i系）几种常用坐标系地心地球固联坐标系（e系）当地地理坐标系（t系）几种常用坐标系系统本体坐标系（b系）游动方位坐标系（w系）几种常用坐标系傅科陀螺仪傅科：法国地球物理学家(1819-1868)验证地球自转

傅科摆(1851)L=67mM=28kgA=6m傅科陀螺仪

(1852)精度较低，无法验证地球自转

之后轴承工艺得到改进1.2惯性导航系统基本概念及重要地位航空应用——地平仪、航向仪1920s后陀螺仪开始应用在航空，用来测量飞机的姿态角

飞行器的姿态角：航向、俯仰、横滚

地平仪：建立水平基准，实现对俯仰、横滚的测量航向仪：建立方位基准，实现对航向角的测量

1.2惯性导航系统基本概念及重要地位陀螺仪在导弹中的最早应用

30年代被Goddard

用于火箭试验二战中用于导弹：V1、V2

1942年12月，德国首次试射V1V1巡航导弹V2弹道导弹

V1被大量投入到二战1944年6月，德国从法国北部向英国发射V110500落到英国3200枚伦敦2500枚德国战败后，导弹技术人员大量流向苏美

冯·布劳杨格尔1.2惯性导航系统基本概念及重要地位1852年傅科陀螺，验证了地球自转1906年安休兹制成陀螺方向仪——惯性导航的先导1923年

舒拉摆理论，陀螺仪的设计开始完善1942年德国V2火箭，两个陀螺和一个加速度计1954年

惯性导航系统在飞机上试飞成功1958年美国潜艇依靠液浮陀螺平台惯导穿越北极,21天惯性导航技术发展历史1.2惯性导航系统基本概念及重要地位～～蓬勃发展1.2惯性导航系统基本概念及重要地位飞机

空间站导弹

舰船

卫星月球车惯性技术是航空航天的共性关键基础技术！

载人航天探月工程惯性技术关键技术重大需求牵引惯性技术与时俱进载人航天与探月工程北航第五研究室

国内第一个陀螺惯导研究室“林士鄂法”-求解高次方程的劈因子法(数学手册)中国惯性技术奠基人1939年于美国麻省理工学院（MIT）

Draper实验室获博士学位，师从Dr.Draper1956年苏联首批援建的122个项目之一林士鄂创建由于当时“两弹一星”工程惯性制导技术的急需著名科学家钱学森提议北航惯性技术、惯性器件概况1956年国内第一个航空陀螺惯导专业1981年“航空陀螺及惯性导航”国内首批博士点1988年“航空陀螺及惯性导航”获批首批国家重点学科2003年成立仪器科学与光电工程学院1952年国内第一个航空仪表与传感器专业2002年“精密仪器与机械”再次获批国家重点学科2007年仪器科学与技术一级国家重点学科新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室

2010年惯性技术国防科技重点实验室1.3光学惯性器件及系统发展史萨格纳克(Sagnac)效应1913年Sagnac提出的，是光学陀螺的理论基础，使光学转动传感器成为可能。萨纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位（或频率）差的信息，即可得到旋转角速度。

1.3光学惯性器件及系统发展史萨格纳克(Sagnac)效应激光陀螺光纤陀螺MOEMS陀螺

1.3光学惯性器件及系统发展史激光陀螺60年代初开始研制，70年代进入实用

例：三角谐振腔边长=111.76mm激光波长λ=0.6328μm用来测地球转动角速度

1.3光学惯性器件及系统发展史激光陀螺：针对捷联惯导需求基本原理：Sagnac效应，工作物质是激光束，全固态陀螺优点结构简单、性能稳定、动态范围宽、启动快、反应快、过载大、可靠性高、数字输出发展1960激光器出现1963Sperry制成首台样机1970s中精度突破，达惯性级1980s初开始应用于各个领域

早期研制的机构Honeywell：三角谐振腔，机械抖动偏频Litton：四边形谐振腔，机械抖动偏频Sperry：三角谐振腔，磁镜偏频面临问题成本较高、体积偏大、不能完全适应捷联系统的要求

1.3光学惯性器件及系统发展史国内激光陀螺研制单位:国防科技大学:国内激光陀螺技术两大分支之一，占据国内技术制高点,研制出国内最高精度器件,典型产品为90型和50型激光陀螺西安618所：国内激光陀螺技术另一个分支，工程化做的很好，国内的激光航空惯导系统大多出自618所。33所：引进国防科大技术。1.3惯性器件发展史激光陀螺光纤陀螺光纤陀螺的研发也需要有启动其发展的必要条件，在1970年代中期出现了低损耗单模光纤，这项技术导致了光纤陀螺概念的出现。1975年，Vali和Shorthill首次提出光纤陀螺的构想1976年Vali和Shorthill在犹它大学完成演示样机制作，从此开始了奇妙的发展之旅！！1.3光学惯性器件及系统发展史1.3光学惯性器件及系统发展史按工作原理：干涉型光纤陀螺仪(I-FOG)，即第一代光纤陀螺仪，目前应用最广泛。它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC效应，一个由多匝单模光纤线圈构成的双光束环形干涉仪可提供较高的精度，也势必会使整体结构更加复杂；谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)，是第二代光纤陀螺仪，采用环形谐振腔增强SAGNAC效应，利用循环传播提高精度，因此它可以采用较短光纤。R—FOG需要采用强相干光源来增强谐振腔的谐振效应，但强相干光源也带来许多寄生效应，如何消除这些寄生效应是目前的主要技术障碍。；受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)，第三代光纤陀螺仪比前两代又有改进，目前还处于理论研究阶段。目前实用的光纤陀螺均为干涉型光纤陀螺！干涉型光纤陀螺开环光纤陀螺：开环光纤陀螺不带反馈，直接检测光输出，省去许多复杂的光学和电路结构，具有结构简单、价格便宜、可靠性高、消耗功率低等优点，缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度，输入一输出线性度差、动态范围小，主要用作角度传感器。开环的干涉型光纤陀螺(IOFG)的基本结构是一个环形双光束干涉仪。闭环光纤陀螺：和开环IOFG相比，闭环IOFG多了一个反馈回路，它引入了反馈相移。闭环环节大大降低光源漂移的影响，扩大了光纤陀螺的动态范围，对光源强度变化和元件增益变化不敏感，陀螺漂移非常小，输出线性度和稳定性只与相位变换器有关，主要应用于中等精度的惯导系统，对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用，是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。1.3光学惯性器件及系统发展史IFOG光纤陀螺方案开环方案（精度低、低成本）闭环方案（精度高）1.3光学惯性器件及系统发展史1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺优点与机电陀螺或激光陀螺相比，光纤陀螺具有如下特点：(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；(3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；(4)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；(6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是级联式惯导系统的传感器；(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻．光纤陀螺的发展是日新月异的。不仅是科学家热心于此，许多大公司出于对其市场前景的看好，也纷纷加入到研究开发的行列中来。由于光纤陀螺在机动载体和军事领域的应用甚为理想，因此各国的军方都投入了巨大的财力和精力。目前一些发达国家如美、日、德、法、意、俄等在光纤陀螺的研究方面取得了较大进步，一些中低高精度的陀螺基本都实现了产品化。美国在光纤陀螺的研究方面一直保持领先地位。目前美国国内已经有多种型号的光纤陀螺投入使用。以斯坦福大学和麻省理工大学为代表的科研机构在研究领域中不断取得突破，而几家研制光纤陀螺的大公司在陀螺研制和产品化方面也做得十分出色。最著名的Litton公司（被NorthropGrumman公司收购）和Honeywell公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平。下面以N.G公司为例，说明光纤陀螺应用情况。1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺概况1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合典型代表为：Litton公司生产的LN200型IMU。LN200应用广泛，已应用于鱼雷、弹道导弹、固定翼、旋转翼飞行器、雷达、寻的吊舱、航天飞行器、观测系统、摄像机稳定等多种场合。每台火星探测器都装有LN200，而且其着陆系统也都装有LN200。这是光纤陀螺在“最远离世界”的场合的应用。LN200的其它应用平台还有克莱门式人造卫星、捕食者无人机、全球鹰无人机、“黄貂鱼”鱼雷、MK-48鱼雷、BQM-74靶机、AeromacchiMB339、先进中距空空导弹（AMRAAM导弹）、AGM－142弹、CH－46直升机、LANTIRN（低空导航与夜视寻的红外）吊舱等。LN200产品的典型零偏和标度1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合LN200已成为其他惯性系统的设计模板如在欧洲制造的LISA200AHRS（航姿系统）仿照LN200设计，售出了数百套

1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合欧洲Litton公司生产了LCR92和LCR93AHRS，即LCR-9X系列产品，LCR92：3个FOG+一个气泡水准仪；LCR93：3个FOG+3个微硅加速计，均能提供数字和同步输出，已有5,500余套LCR系列产品售出。LCR-9x应用于S-76和S-92型直升机、Eurocopter直升机和EurocopterBK-117型直升机、奥古斯塔A-109和AB-139型直升机、“云雀”III型直升机、MDD探索者直升机、比奇（Beechjet）400商用喷气飞机、利尔喷气飞机31/35/36/45、塞斯纳EXCEL商用喷气式飞机、华阳史威灵（SinoSwearingen）公司的商用喷气式飞机、塞斯纳T-37喷气式教练机、NASAT-38飞机、M-28空中卡车飞行器、道格拉斯A-4N攻击式飞机、EXTRA400型飞机、P-3猎户座（Orion）飞机、齐柏林飞艇、远东水翼船等。

1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合IMU600是一种高性能的单元，应用于ATFLIR目标跟踪吊舱系统由3个光纤陀螺和3个Honeywell制作的石英加速计组成为减小系统尺寸，采用了非垂直安装方式尺寸为5.4×7.5×2.7立方英寸，重约3.25磅。

1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合系统采用RS485串口，输出为无补偿的角增量和速度增量，温度补偿由应用平台计算机完成下图为140套IMU600s进行标定时的数据曲线，其标度误差均优于产品指标要求1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性测量组合IMU200由3个光纤陀螺和3个Honeywell制造的石英加速计构成重约3磅RS485串口主要应用于高可靠的导弹1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性导航系统LN251LN251包含一个12通道SAASMGPS接收器，以紧耦合方式工作3种工作模式：纯惯性导航，纯GPS定位和惯性/GPS组合导航其数字接口为：RS422/485和双Mil-Std1553数据总线1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——惯性导航系统LN251超过400台的LN251系统已经生产并销售下图为工厂给出的纯惯性工作方式下系统性能的分布，其平均值为0.7nmph，标准偏差为0.3nmphLN251纯惯性工作方式下的分布

1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——航空导航系统LN260它是LN251的另一版本，专为F16设计其接口与SNU-84完全兼容，具备F16所需的所有模拟电气接口和机械接口。在与基于RLG系统激烈竞争后，它最终被USAF选中并用于F16。1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——航空导航系统LN260下图是从F16上获得的飞行测试数据。这种飞机在急转弯时，拉力为9G，在这种情况下，其径向误差率是0.44nmph，低于规范要求中的0.8nmph。除了被F16选用外，选用LN251或LN260的应用平台包括"联合无人航空作战系统"（JUCAS）X-45，E-2D鹰眼（Hawkeye）预警机，F16战斗机，E-10多任务飞机以及猎人UAV。在F16上的飞行测试轨迹（左）和径向位置误差（右）

1.3光学惯性器件及系统发展史LTN101e用于商业运输机，采用的光纤陀螺与LN251/260/270中所用的相同，只是将它们重新安装于一个4MCU组合中LTN101e中同样装有惯性级MEMS加速计并预一个外部GPS接收器组合，具有导航和提供大气数据的功能光纤陀螺——航空导航系统1.3光学惯性器件及系统发展史LTN101e下图中左图所示为在15小时实验室静态导航测试中纯惯性位置误差。绿线表示的是要求技术指标：2nmph/h，红线是在第一个1小时中的径向位置误差率（1.69nmph）右图表示超过10小时的飞行实验中的纯惯性位置误差LN101e已满足了纯惯性导航指标要求光纤陀螺——航空导航系统左图为静态试验曲线、右图为在Airbus340上的飞行测试曲线

1.3光学惯性器件及系统发展史LTR-97另一种用于商务运输机的光纤陀螺系统是LTR-97它将替代早期运输机使用的老式机械方位陀螺/垂直陀螺（DG/VG）系统能提供倾斜、横滚、航向的同步输出、倾斜和横滚的离散输出以及方位该系统售出300多台光纤陀螺——航空导航系统LTR-97DG/VG替代系统及其主要参数

1.3光学惯性器件及系统发展史LN270是LN251的陆用版本，US军方确定的代号为AN/VSN-12这种产品专为以轮/轨运行的机动车设计，集成了里程计和GPS，它满足MIL-PRF-71185规定的所有要求，包括枪炮发射冲击等影响该系统安装在大炮的炮耳上，还可用于监测发射过程中的反座情况光纤陀螺——陆用导航系统LN270陆用导航系统及其主要参数

1.3光学惯性器件及系统发展史LN270下图为LN270在洛杉矶的圣费尔南多峡谷区进行的机车测试。左图所示为路径和海拔，右图是不同行径距离对应的位置和海拔误差。图表上的误差上限为MIL-PRF-71185规定值LN-270的应用平台包括MLRS（多管火箭系统）火箭发射器、FIRTINA自推进榴弹炮、ADSTIM侦察机车以及土耳其陆军用的“潘特”（PANTER）牵引榴弹炮光纤陀螺——陆用导航系统1.3光学惯性器件及系统发展史其它陆用导航系统下图显示了NorthropGrumman在欧洲生产的LLN-GX，LLN-G1和LLN-GY陆用导航系统。GX和G1类似，都装有3个光纤陀螺，为了降低成本，GX应用了两个水平传感器，而G1用了3个加速计以获得高精度LLN-GY在3者中成本最低，它采用一个单轴光纤陀螺测量沿垂直轴的转动，系统还装有2个加速度计光纤陀螺——陆用导航系统1.3光学惯性器件及系统发展史LFK-95NorthropGrumman为商用船只设计生产了LFK-95型罗盘及参考系统。这是全球首家基于光纤陀螺的航海罗盘，专为高速轮船，比如水翼艇设计它能提供与各种各样水面舰艇兼容的多种数字和同步接口该系统已有约650销售到世界各地下图为该系统及其重要参数，应用此系统的船只主要有轮船、水翼艇、UUV（无人潜航器）等。

光纤陀螺——船用系统1.3光学惯性器件及系统发展史法国IXSEA公司生产了船用系列产品：OCTANS、PHINS和MARINS

光纤陀螺——船用系统OCTANSPHINSMARINS1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——船用系统OCTANS罗经系统，由三个0.05º/h的光纤陀螺和三个石英加速度计组成提供航向、横摇、纵摇参数，精度分别为0.2ºSecΦ，0.01º、0.01º于1998年推向市场，主要用于海洋开发如石油探测和勘探，目前有在海面上工作和深海工作(水下1000一6O00米)两种类型1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——船用系统PHINS导航系统，由三个0.01º/h的光纤陀螺和三个石英加速度计组成定位精度：0.6nm/h，提供航向、横摇、纵摇参数，精度分别为0.05ºSecΦ，0.01º、0.01º于2000年左右推向市场，主要用于各种大型舰船导航1.3光学惯性器件及系统发展史光纤陀螺——船用系统MARINS2005年，Ixsea公司研制研发出的第一套潜用光纤陀螺惯导系统，核心由三个0.0005º/h的光纤陀螺组成系统的尺寸为420x310x31omm，纯惯导定位精度Inmile/24h于2006年左右推向市场，主要用于潜艇3类产品都可通过一定渠道购买1.3光学惯性器件及系统发展史技术已经进入成熟阶段，精度由30º/h覆盖到0.0001º/h纯惯性导航精度达到0.8nm/h单陀螺系统光纤陀螺LN-200IMULN101EIRULN260INS/GPSLN251INSLN270INS/GPSLisa200AHRSVG941-3AM10º/hVG941-3AS30º/hVG9511º/hmFors1º/hFOG2000.5º/hFOG6000.1º/hFOG10000.01º/hFOG25000.001º/h开环陀螺：30º/h~1º/h闭环陀螺：1º/h~0.0001º/h光纤陀螺应用导航和姿态控制罗经及火控系统中制导及末制导系统

光纤陀螺已在海、陆、空、天、工业等领域得到广泛地应用。1.3光学惯性器件及系统发展史已进入战术武器市场预计“十二五”末进入机载惯导领域，与激光陀螺形成竞争。已进入战术武器市场将占据战术武器市场主导地位细分市场光纤陀螺备受欢迎已进入战术武器市场中远程战术导弹、航姿等开始应用关键技术基本突破，走向成熟精度0.5-10º/h级0.1º/h级0.01º/h级国内光纤陀螺正处于高速发展期，整体落后国外10～15年。1.3光学惯性器件及系统发展史国内情况低精度三轴组合单轴低精度单轴中精度单轴高精度高精度三轴组合典型产品F3X122稳定性：0.5°/h重复性：0.5°/h典型产品F70M稳定性：0.2°/h重复性：0.5°/h典型产品F98H/M稳定性：0.1°/h重复性：0.2°/h典型产品F120H稳定性：0.01°/h重复性：0.02°/h全温零偏：0.1°/h典型产品S10稳定性：0.02°/h重复性：0.02°/h应用领域姿态稳定中制导应用领域姿态稳定中制导应用领域航姿系统中制导应用领域寻北仪惯导系统样机应用领域惯导系统1.3光学惯性器件及系统发展史北航情况高精度F120H-M全国产量最大中高精度XB185成熟产品产能稳定F3*122MI低成本制导系统完善光纤陀螺生产谱系，形成系列化规模生产2011年典型产品中精度XB150环境适应性最好XB150高可靠制导系统

XB3150高精度惯导系统北航情况小型/微小型光纤陀螺微小型三轴光纤陀螺国内最小、最轻的三轴组合重量:800g

已用于武器型号小型中精度光纤陀螺零偏稳定性0.2o/h(1）重量:200g

已用于武器型号实现我国导弹武器惯性制导的跨越式发展小型三轴低精度光纤陀螺零偏稳定性0.5o/h(1）重量:2700g

已用于武器型号北航情况高精度光纤陀螺

采用大功率掺铒光纤激光器（ASE）作光源，性能稳定；结构上采用光路、电路一体封装，结构简单、安装方便。可应用于自行火炮、导弹、飞机、舰船的定位定向、导航制导、姿态测量等系统中。

零偏稳定性0.01°/h（1σ）重量<900g

已批量应用于陆用定位定向系统，年产500只

高精度高稳定性新一代航天器核心部件北航情况“十一五”末已成功研制单轴高精度光纤陀螺：零偏稳定性优于0.001/h；标度因数优于10ppm。高精度光纤陀螺样机关键技术的研发与验证工作：光源强度噪声抑制技术：已完成仿真和第一轮样机试验；成环技术：已开展改进绕环机、改进绕环方法的工作；波导技术：已完成直接对轴耦合技术。高精度光纤陀螺北航情况模块化设计的光纤陀螺组成

光源模块控制电路模块敏感环模块光纤陀螺下一步发展：模块集成技术1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺微光机电（MOEMS）陀螺波导型集成光学陀螺微镜型MOEMS陀螺光学效应1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺以光学效应为基础；利用微/纳米加工技术以及集成光学、集成光电子技术；将微光学器件及检测、控制电路集成在芯片上，形成一个“微小型光-机-电系统”。环境适应性强（光学原理）+（MEMS/NEMS制造技术）微小型化1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺(a)干涉式光纤陀螺（b）单片式集成光学陀螺图美国DARPER实验室给出的集成光学陀螺与干涉式光纤陀螺比较示意图低功耗、轻小型1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺定位：

针对制导炮弹、制导炸弹、便携式火箭等常规武器制导化对惯性仪表技术及系统微小型、低成本、大批量的需求，开展MOEMS惯性仪表技术的创新性应用基础和重大关键技术研究。1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺——国外美国Northrop公司1991年提出集成光学陀螺方案并实现原理验证，谐振腔品质因数16,样机分辨率400°/s。美国Honeywell公司、法国CEA-LETI,日本东京大学等致力于环形谐振腔的工艺改进与性能提高技术研究。通过降低波导损耗和利用波导增益提高谐振腔的品质因数；波导中各种误差效应的抑制与消除等。美国Northrop公司（1991）日本东京大学（2000）意大利（2005）1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺——国外2000年美国IntelliSense公司在硅基片上研制的抗振动集成光学陀螺工程样机。组装式，集成化程度不高。动态范围200°/s，检测精度0.5°/s。美国美国IntelliSense公司（2000）1.3光学惯性器件及系统发展史MOEMS陀螺——国外2009年美国Darper实验室提出单片式集成光学陀螺方案。美国Darper实验室（2009）目标：

在单片波导上将集成光学陀螺的21个器件集成在一起;在大幅度降低成本的同时使陀螺体积减小到0.2立方英寸（是光纤陀螺的1/50），功耗降至0.25W（是光纤陀螺