为了得到铷原子磁力仪的最佳抽运光强, 进而优化原子磁力仪的灵敏度, 理论分析了抽运光强与磁力仪的极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系, 设计了实验装置。采用自由感应衰减法对直径20mm的铷原子球形气室在不同抽运光强下对应的横向弛豫时间进行测量, 并对相应的纵向弛豫时间进行测量, 计算出了不同光强下的极化率, 通过拟合得到了光强与极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系曲线。结果表明, 可在10mW/cm2附近得到系统最佳抽运光强。此研究结果为提高光强利用率并进一步优化铷原子磁力仪的灵敏度提供了指导。

为了对四边形激光陀螺进行更为深入的研究, 了解其光束特性, 运用传输矩阵, 得到了四边形激光陀螺的稳定条件, 并对四边形激光陀螺内部的高斯光束特性进行了数值计算,得到腔内实际上存在两条高斯光束, 它们在两个球面镜处结合在一起。结果表明, 球面镜的曲率半径越大, 高斯光束的光斑半径越大, 光束就越平直, 越便于信号的读出。

激光陀螺是一种角运动传感器件，为了避免激光陀螺的闭锁现象，可以采取正弦抖动偏频。为了减小机抖陀螺过锁区时的误差累积，往往会在抖动信号中注入噪声。然而如何选择一种合适的噪声形式目前还没有明确的依据，往往要经过长时间的测试才能得到一种较好的噪声形式。根据加噪的基本原理，提出了一种新的激光陀螺抖动加噪评估方法，这种方法能够在短时间之内快速评价加噪的效果。实际测试验证，新方法在衡量加噪效果上确实是行之有效的。

机械抖动激光陀螺(MDRLG)信号是两路相位差为π/2的正弦拍频信号，一般采用4倍频鉴相输出计数脉冲，利用FIR滤波和抖动剥除等方法解调抖动信号，从而得到外界输入的角速度信息。高速采集MDRLG信号，并细分为相位依次相差π/16的16路信号，实现MDRLG的8倍频、16倍频和32倍频鉴相输出。输出角速率的均方差随着倍频数的提高而减小，信号处理的分辨率得到提高。实验测试和Allan方差分析表明: 32倍频时的量化误差Q从4倍频鉴相时的0.327″减小到0.170″，增加MDRLG信号鉴相的倍频数可以减小量化误差。在对MDRLG信号进行抖动剥除解调时，由于量化误差是主要误差源之一，高分辨率信号处理能够有效提高MDRLG角速度测量的精度。

二频机抖陀螺具有较高的精度，但在每个抖动周期需要两次通过锁区，会丢失部分信息，从而带来了过锁误差。噪声注入只能将误差随机化，并不能从根本上消除误差。根据锁区方程阐述了锁区对机抖陀螺精度的影响。对二频机抖陀螺的锁区补偿方案进行了理论研究。采用零速率点恒加速近似得到了过锁误差的信号表征方法。数值分析表明该锁区补偿方法在各种外界输入转速下都是有效的。

采用数字信号处理技术，设计了二频机械抖动激光陀螺抖动偏频量的实时精确获取方法。从理论上说明了采用角速率绝对值和有效值的方法都能够有效地获取抖动偏频量。详细介绍了两种方法的数字化实现方法。通过仿真实验对两种数字化实现方法进行了验证，结果表明这两种实现思路是完全可行的，得到的偏频量随频率和抖幅的变化具有较好的线性。将实时获取的偏频量作为反馈量作用于抖动环路的闭环控制中，比原来的压电陶瓷反馈具有更高的可靠性，能够克服高低温带来的偏频量的变化。

机抖激光陀螺内在的温度特性对陀螺各方面带来的影响，制约了陀螺性能的进一步提高。为提高陀螺性能，研究了陀螺零偏的温度补偿方法。利用单温度点比较不同温度补偿模型对陀螺零偏的补偿效果，建立了零偏的温度补偿模型；研究了机抖激光陀螺零偏和多温度点的关系，根据测温点对补偿效果的影响大小，适当精简模型中两个测温点的温度数据，可将其作为冗余备用；设计了分段数据实验，验证了该模型的实用性。结果表明，多温度点补偿效果优于单温度点的补偿效果；模型简化大大减小计算量，并能满足补偿要求；利用精简后的模型补偿陀螺零偏，相比补偿前精度提高了1.6倍以上，且补偿后零偏稳定性均为10-3(°) /h量级。

采用抖动剥除算法能够使二频机抖陀螺的输出信号达到零延时。现有的抖动剥除算法无一例外地采用外部参考信号进行剥除运算，外部参考信号的获取会增加系统的复杂度。为了使抖动剥除更加容易实现，提出了一种新的基于自锁相的抖动剥除方法，用陀螺本身来获取抖动信号，不再需要外部参考信号。这种方法硬件结构简单，同时实验结果证明其输出结果不差于采用外部参考的方法。该方法使二频机抖陀螺可以很方便地应用于实时控制领域。

针对高速采样低通滤波的线性脉冲响应(FIR)滤波器在机械抖动激光陀螺(MDRLG)信号处理中存在着较大的时延,限制MDRLG在快速跟踪中的应用,基于相关滤波技术提出了一种新的信号处理方法。对这一方法的基本理论进行了分析,并基于Labview实现了仿真。相关滤波后,激光陀螺输出中的抖动信号衰减了约41dB,还不能达到激光陀螺应用的要求,可以适当加一低阶的FIR低通滤波器去除抖动剥除后剩余的抖动成分和高频噪声。在静态条件下用这三种信号处理方法分别对激光陀螺零偏进行了测试。相关滤波法所测得零偏稳定性(σ100)比50阶FIR滤波器差了将近三倍,相关滤波后再经过22阶的FIR低通滤波测得的零偏稳定性比50阶FIR低通滤波器的测试结果大了不足0.001°/h,延迟时间却从4.9ms减小至2.1ms。