差分偏振损耗所导致的零偏直接影响四频差动激光陀螺性能。基于此,提出一种通过优化反射镜配置参数来有效减小差分偏振损耗的方法。基于琼斯矩阵,通过求解自洽方程,数值分析了四频差动激光陀螺反射镜参数及非共面折叠角对差分偏振损耗的影响,讨论确定了反射镜的较优参数配置。数值计算结果表明,反射镜反射相移对差分偏振损耗影响最为显著。当4个反射镜反射相移和为0且正负反射相移互相抵消时,差分偏振损耗为0,这对减小差分偏振损耗的工程化应用具有重要参考意义。

为了减小四频激光陀螺零漂的温度敏感性，对数学补偿模型和安装结构热设计进行了研究。通过高低温实验研究了四频激光陀螺零漂与温度的关系。第一次采用普通铜支架将四频激光陀螺固定在屏蔽盒内，由于两放电支路的温度变化不对称，温度变化率是数学补偿模型的显著项。第二次设计了专用铜支架，使两放电支路的温度对称地变化，因而温度变化率在数学补偿模型中的重要性大大降低。改进支架之后，补偿后的零漂残差从0.018 Hz降低到0.01 Hz，即便采用温度多项式补偿模型也能达到0.012 Hz。这些结果表明：在设计四频激光陀螺系统时，安装结构热设计能够提高数学模型补偿的效果，温度补偿是提高四频激光陀螺的精度的有效方法，在-40~60 °C温度范围内补偿后的百秒标准差达到0.013/((°)·h)。

为了得到更高分辨率的对地观测图像，就得获得比现阶段更高精度的卫星姿态，因此必须解决卫星高频抖动的测量与处理问题。四频差动激光陀螺具有测量卫星高频抖动和低频抖动的全频带测量能力。结合星敏感器测量精度高的优点，提出了四频差动激光陀螺与星敏感器的联合定姿方案。推导了联合定姿方案中的卡尔曼滤波模型，并使用该模型，对四频差动激光陀螺和星敏感器测量的数据进行融合滤波。仿真结果表明，该联合定姿方案实现了宽频带的卫星微振动测量，从而能获得更高精度的卫星姿态。

为了改善四频差动激光陀螺环形腔内光束的传输质量, 基于差分损耗理论, 结合数理统计方法, 研究了石英晶体光轴失配角和旋光角变化对环形腔内左、右旋光场偏振态的影响, 分别探究了差分损耗在各自集合内均方根、取值范围和方差的变化规律。结果表明: 为了达到理想的左、右旋对称性偏振光和稳定的腔结构, 光轴失配角需接近0°, 旋光角也只能在90°附近波动。差分损耗统计参量的不同限定值也为激光陀螺腔结构稳定性的定量描述提供了依据。

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点，介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求，对数字拍频解调的关键部件——低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率，使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计，并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明，所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB，满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求，并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。

为了提高四频差动激光陀螺的精度，对其左右旋模式光学解调分离方法进行了理论分析和实验研究。根据陀螺输出光偏振特性，分析了椭圆偏振误差对左、右旋模式光学解调分离的影响机理。定义了分离后左、右旋模式输出信噪比，对该影响进行了量化，信噪比越大对解调输出影响越小。基于仿真计算和实验验证，给出光学解调系统中偏振片安装角度与输出信噪比的关系，指出调节偏振片安装角度是一种工程上有效提高信噪比的方法，并提出一种新的偏振片角度选取的分离方法剔除法。与该陀螺研制初期的提取法获得的信噪比进行了对比，理论计算和实验结果一致表明，剔除法优于提取法。

为了在四频差动激光陀螺腔中得到理想的圆偏振光，采用摄动法分析了偏振度随谐振腔参量的变化规律。对平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性以及水晶片的旋光角和线双折射。对非平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性和异面旋光角。以理想谐振腔的琼斯矩阵为0阶近似，推导了近似到1阶的微扰琼斯矩阵，采用矩阵本征问题的摄动法求出了本征矢量的1阶摄动解，从而可求出光场的偏振度。以旋光90°为例讨论了光场偏振度随反射镜各向异性的变化规律。当偏振度小于0.05时，摄动法求出的解析式与严格数值解在较高的精度上一致。非平面腔四频差动激光陀螺腔内光场偏振度随各反射镜各向异性的变化规律不同于平面腔的情况。该结果对四频差动激光陀螺腔的优化设计具有一定的指导作用。

为了降低四频差动激光陀螺（FMDLG）零偏对外界因素影响的敏感性，采用了最佳工作点实时控制技术。该技术使用色散平衡和稳频偏置的方法，对增益区磁场和失谐频率进行小幅度正弦调制，在FMDLG输出零偏中解调出误差信号，经负反馈控制回路使FMDLG在对外界干扰敏感性最小的唯一最佳工作点下工作。与仅使用光强差进行稳频的传统方法相比，最佳工作点控制技术大大降低了FMDLG的磁敏感度和零偏稳定性，证实了FMDLG最佳工作点实时控制技术的有效性；静态、动态测试实验结果证明了该技术的正确性。

为了减小四频差动激光陀螺(FMDLG)对外界干扰的敏感性，设计了自适应程长控制系统使之工作于最佳工作点。对FMDLG的程长进行小抖动正弦调制，利用相敏检波技术从光强中提取调制信号的基波和二次谐波幅度。上述两个信号和光强一起用来实现自适应程长控制，它包括自动增益控制、自动调制幅度控制和程长控制3个环路。实验表明，自适应控制可有效消除光学和电子元件参量以及光强变化对控制系统的影响，而且可使FMDLG稳定地工作在最佳工作点上，从而降低其磁灵敏度。

介绍了国外四频差动激光陀螺（FMDLG）的发展历程和应用现状。通过对FMDLG相关研究资料的调研，归纳了提高FMDLG性能的关键，包括基础理论的研究、基础工艺的提高、腔体的优化设计、电子系统设计和误差补偿技术。概述了国内的FMDLG研制历史和现状，结合自身研制经历，给出了FMDLG需要解决的若干问题。