核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺, 已受到国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度, 其陀螺精度与磁场的均匀性、稳定性密切相关。导航级核磁共振陀螺需要飞特级磁场环境, 高效磁屏蔽一般仅能完成5~6个数量级的磁抑制, 还需进行主动磁补偿。该文从核磁共振陀螺磁场分布的理论分析出发, 通过数学计算和计算机仿真, 分析和研究了横向磁补偿系统的磁场分布, 并对横向磁补偿线圈进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺横向磁补偿系统磁场均匀性较优化前提高约13倍, 满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。

背向散射噪声是谐振式光纤陀螺的主要噪声之一。基于载波抑制法降低背向散射噪声的原理, 建立了温度和电压对陀螺零偏影响的数学模型, 理论证明此方法受温度影响较大且对电路要求较高。提出了三频差动谐振式光纤陀螺新方案, 该方案通过谐振腔内运行三束频率间隔较大的光波来抑制背向散射噪声。与传统二频闭环陀螺进行了对比试验, 结果表明: 新方案能有效地降低陀螺噪声, 最大陀螺零偏和零偏稳定性改善约4倍。

光纤克尔效应是影响谐振式光纤陀螺(RFOG)性能提升的重要因素之一。以光纤克尔效应为基础, 结合Sagnac效应, 建立RFOG克尔效应零偏误差的理论模型, 分析谐振腔内顺、逆时针光路中输出耦合器的耦合比之差以及谐振腔两臂长度差对陀螺零偏误差的影响, 提出结合RFOG结构设计的光强控制方案, 并通过4轮实验验证该方案的有效性。结果表明, 该方案能有效抑制克尔效应, 零偏误差从0.150 (°)/s降低至0.017 (°)/s, light path零偏稳定性从1300 (°)/h提升至140 (°)/h, 陀螺样机性能提升近1个数量级。

激光冷却原子样品以其探询时间长、能消除多普勒频移和碰撞引起的频移、与探测光场弱耦合等优点显著改善了原子光谱的精密测量能力，其多种优良特性也引起了导航领域研究者的极大兴趣。回顾了基于冷原子技术的导航传感器的发展历程，并跟踪了国际上的最新研究动态。将冷原子导航传感器根据其结构分为冷原子钟、冷原子干涉仪和原子芯片三个领域，并从物理效应、工作原理、性能参数、应用方向等多个方面分别进行了阐述。最后分析了冷原子导航传感器的发展前景，并指出高动态环境和系统的集成与封装将成为冷原子导航传感器实际应用面临的主要困难。