Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-electronics Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Huairou Instruments and Sensors Co., Ltd., Beijing 101400, China
4 Beijing Institute of Automation and Control Equipment, Key Laboratory of National Defense Science and Technology of Inertial Technology, Beijing 100074, China
Integrated optical gyroscopes (IOGs) have been an efficient tool for numerous applications in various fields, including inertial navigation, flight control, and earthquake monitoring. Here, we review the progress of integrated optical gyroscopes based on two categories of integrated interferometric optical gyroscopes (IIOGs) and integrated resonant optical gyroscopes (IROGs).
integrated optical gyroscopes interferometric optical gyroscopes integrated resonant optical gyroscopes Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031302
1 厦门大学航空航天学院, 福建 厦门 361000
2 厦门大学福建省传感技术重点实验室, 福建 厦门 361000
高斯型掺铒光纤光源稳定性高, 可有效减小光纤陀螺相位误差, 从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析, 提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构, 并对其进行光路结构仿真, 以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性, 因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明, 所研制的掺铒光纤光源在-45~65 ℃的温度范围内, 全温功率变化率为8.27%, 全温平均波长稳定性为1.7×10-6 K-1。
激光器与激光光学 陀螺仪 掺铒光纤光源 双级单泵浦结构 恒流、恒温控制 lasers and laser optics gyroscopes doped fiber light source two-stage single-pump structure constant current and constant temperature control
1 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院，北京 100191
2 北京航空航天大学物理学院，北京 102206
3 北京量子信息科学研究院，北京 100193
陀螺仪作为惯性导航的关键部件，决定了飞行器、运载机械和无人系统等导航定位的精度和姿态控制的稳定性。在兼顾精度的同时，小体积可集成陀螺仪的需求越来越迫切，微纳集成谐振式光学陀螺有望同时满足可集成与高精度等应用需求。本文结合国内外近年来微纳集成光学陀螺研究的新进展，综述了谐振式集成光学陀螺的研究现状、瓶颈问题和未来发展趋势；基于新材料、新结构和新物理效应等可能的解决途径，重点阐述了光增益补偿、色散调控、非厄米奇异点等对谐振式集成光学陀螺敏感性能的影响；最后，对谐振式集成光学陀螺的未来发展趋势进行了展望。
物理光学 光学陀螺 光学微腔 色散关系 光增益与损耗 非厄米奇异点 中国激光
2022, 49(19): 1906001
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Inertial Technology, Beijing Institute of Automatic Control Equipment, Beijing 100074, China
This study proposes a novel interferometric fiber optic gyroscope (IFOG) based on an integrated optical chip, application-specific integrated circuit, and small-diameter sensing coil. The overall size and weight of the prototype are and 68 g, respectively, making it the smallest closed-loop IFOG, to the best of our knowledge. A static experiment shows that the bias stability of the integrated IFOG is very close to the theoretical accuracy limit determined by the fiber coil and can satisfy the requirements of near-navigation-grade compact inertial navigation systems.
gyroscopes fiber optics fiber optics sensors integrated optics Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 040601
中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060
半球谐振陀螺(HRG)幅度控制环路用于陀螺的振动激发和振动幅度维持，工作于力反馈模式的半球谐振陀螺，其标度因数与陀螺振动幅度成正比。该文对半球陀螺力反馈模式工作原理进行了理论推导，然后分析了传统幅度控制方式受外界温度变化、电子元器件老化等原因影响，将会导致半球陀螺标度因数发生变化，最后提出了半球陀螺幅度控制的优化方法,在实现相同标度因数稳定性的的情况下，大幅降低电路实现难度。
半球谐振陀螺(HRG) 力反馈模式(FTR) 幅度控制 标度因数 优化方法 hemispherical resonator gyroscopes(HRG) force to rebalanc(FTR) mode amplitudecontrol scalefactor optimization method
中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文构建了半球谐振陀螺(HRG)谐振子的静电驱动模型，对半球谐振子的1/2倍、1倍、2倍和更高阶频率电压信号的静电驱动力进行了理论推导分析。结果表明，该文得到的半球谐振子仅对其1/2倍、1倍及2倍谐振频率敏感，对其他频率信号不敏感。并推导出施加不同方式驱动电压信号力的大小，为半球谐振陀螺的驱动和闭环电路设计提供了依据。
半球谐振陀螺(HRG) 驱动电压 静电驱动模型 谐振频率 电压信号 hemispherical resonator gyroscopes(HRG) driving voltage electrostatic driving model resonance frequency voltage signal
火箭军工程大学导弹工程学院, 陕西 西安 710025
激光捷联惯组(LSIMU)在工作环境下受测量噪声干扰大,尤其是小型激光陀螺仪,不能精确识别地球自转角速度,导致捷联惯导系统无法准确、快速对动基座进行初始对准。针对该问题,提出了一种基于小波卡尔曼级联滤波的LSIMU动基座初始对准算法。仿真对比实验结果表明,相比其他初始对准算法,本算法可以有效提高初始对准精度、减小姿态角对准误差,将全球定位系统辅助激光捷联惯导系统的初始对准精度从10''提高到了5''以内,且方差最小,可以使对准误差更稳定、快速的收敛。
激光技术 激光陀螺 初始对准 激光捷联惯导系统 小波卡尔曼级联滤波 双天线 中国激光
2020, 47(12): 1201008
Author Affiliations
Abstract
1 School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 State Key Laboratory of Inertial Technology, Beijing Institute of Automatic Control Equipment, Beijing 100074, China
We present a near-navigation-grade interferometric fiber optic gyroscope (IFOG) based on an integrated optical chip. The chip comprises a light source, a photodiode, and a 3 dB coupler within an area of 48 mm2. By interrogating with an integrated optical modulator and a small-diameter sensing coil, the IFOG is realized. This allows for a significant reduction in size, weight, power consumption, and cost. Preliminary performance data of a gyro prototype exhibits 0.018 deg/h bias instability.
gyroscopes fiber optics fiber optics sensors integrated optics Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 120601
1 中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心, 北京 100083
2 中国科学院半导体研究所 材料与光电研究中心, 北京 100083
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 中国科学院大学 微电子学院, 北京 100049
在谐振式集成光学陀螺系统中, 相位调制技术被广泛用于检测陀螺旋转信号。本文详细介绍了近几年来国内外学者为提高陀螺精度、抑制陀螺噪声所提出的相位调制技术。文章首先从理论上分析了谐振环中的背散射噪声, 发现载波抑制是抑制背散射噪声的关键因素。然后, 详细介绍了近几年来为提高陀螺精度而提出的两类相位调制技术, 分别是单相位调制技术和双相位调制技术, 并分析比较了其技术原理、噪声抑制能力以及系统的鲁棒性和复杂度。新型的边带锁定技术可以有效抑制陀螺中的背散射噪声。最后通过总结这些相位调制技术的优缺点发现, 在陀螺系统中除了需要借助于相位调制技术抑制背反射噪声外, 提高对其他类型噪声的抑制是集成光学陀螺性能进一步提高的关键。
陀螺仪 相位调制 光学传感和传感器 谐振器 gyroscopes phase modulation optical sensing and sensors resonators
中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所, 陕西西安 710065
随机游走系数是衡量闭环光纤陀螺性能水平的重要指标, 其体现了陀螺的极限精度。分别从理论上分析了偏置工作点、入射光功率对光纤陀螺随机游走系数的影响。根据随机游走系数中各部分噪声源的特性, 建立了闭环光纤陀螺偏置工作点、入射光功率与随机游走系数的数学模型。模型表明设定合适的光功率与偏置工作点可大大提升闭环光纤陀螺精度性能。通过实验验证了模型的正确性, 实验结果表明提升光功率并采用陀螺的最优偏置工作点, 可大幅提升陀螺随机游走性能。
光纤陀螺 精度 随机游走系数 偏置工作点 光功率 fiber optic gyroscopes (FOGs), precision, random w
