学文网摘要：本文概述了激光陀螺仪的国内外发展概况、与传统机械陀螺仪相比下的优缺点、需要突破的技术及其改进方案，重点分析了激光陀螺仪的物理原理，闭锁现象 的产生及其解决的三种方法。希望通过对激光陀螺仪的这些方面的介绍，从一个侧面阐明了物理学与现在科技的联系。
关键词：激光陀螺仪 光程差 闭锁现象 频差
引言
陀螺仪是惯性导航的重要惯性器件，直接决定惯性导航系统的精度。由于陀螺仪在任何环境下都有自主的导航能力，所以自其问世以来，引起人们的极度关注，被应用于航海、航空、航天、***事等各个方面。特别是激光陀螺仪的问世，更脱离了原始机械陀螺仪高速旋转的刚体的缺点，增加了许多优点，使其在惯性导航系统中 绝对的优势，广泛应用于大型民用客机、***用飞机、运输机、导弹、火箭和航天飞机上，并且在精密仪器测量中广泛应用的激光惯性测量系统也是以激光陀螺为惯性器件。在科学技术迅猛发展的今天，陀螺仪（特别是激光陀螺仪）的相关技术的发展衡量着 一个国家科学技术发展水平和国防实力的重要标志之一，具有强大的生命力和广泛的应用前景。
一、陀螺的发展简史
陀螺的原意为高速旋转的刚体，而现在一般将能够测量相对惯性空间的角速度和角位移的装置称为陀螺。自 1910 年首次用于船载指北陀螺罗经以来，陀螺已有 100 多 年的发展史，发展过程大致分为 4 个阶段：第一阶段是滚珠轴承支承陀螺马达和框架 的陀螺；第二阶段是 20 世纪 40 年代末到 50 年代初发展起来的液浮和气浮陀螺；第三 阶段是 20 世纪 60 年代以后发展起来的干式动力挠性支承的转子陀螺；目前陀螺的发 展已进入第四个阶段，即静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和振动陀螺[2]。其中机械支 撑、气体悬浮、液体悬浮、磁悬浮、静电悬浮等都属于机械陀螺仪，机械陀螺仪是利 用机械转子的定向性、进动性制作的角速度传感器。气浮、液浮和静电悬浮支撑技术 是机械陀螺仪的技术基础。在长达数十年的时间内，机械陀螺仪的零漂稳定性已经从10（度/小时）左右下降到 0.000015（度/小时），几乎降低了 6 个数量级，但真正工 程应用中的陀螺仪却长期停留在 0.01（度/小时）。高精度的机械陀螺仪十分昂贵，例 如：一台浮球平台系统的研制费用超过千万美元，即使在投入批量生产以后，每套产 品的成本也高达数百万美元。而相对于机械陀螺仪，20 世纪 60 年代初诞生的激光陀 螺仪在成本、性能、可靠性等方面具有明显的优势，所以许多国家积极研制激光陀 螺仪技术。下面来具体看看激光陀螺仪的发展情况。
二、激光陀螺仪的国内外发展概况
传统的机械陀螺仪，不论是第一阶段的滚珠轴承陀螺，还是第二第三阶段的 液浮气浮陀螺，甚至是静电陀螺，都离不开高速旋转的机械转子。由于高速转子 容易产生质量不平衡，易受加速度的影响，且需要一段预热时间才能达到稳定的转速、成本高等问题，使用起来很不方便。因此研制无高速转子的陀螺成为人们关心的问题。1960 年激光在世界上首次出现，于是乎 1962 年，美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪。美国斯佩里公司于 1963 年首先做出了激光陀螺仪的实验装置。1966 年美国霍尼威尔公司开始使用石英作腔体，并研究出交变机械抖动偏频法，使这项技术 有了使用的可能。1972 年，霍尼威尔公司研制出 GG-1300 型激光陀螺仪。1974 年 美国***下令海***和空***联合制定研究计划，1975 年在战术飞机上试飞成功，1976 年在战术导弹上试验成功。进入 80 年代以来，美国空***表示要坚定地把激 光陀螺应用到空***系统中去，并与麦克唐纳?道格拉斯公司签定了两项合同，以 实施一项名为“综合惯性基准组件”的研制计划，其内容是研制一种采用激光陀 螺的双盒组件式传感器系统。海***也计划在 80 年代内将激光陀螺惯导系统用到 舰载飞机中，这种系统称为航空母舰飞机惯性导航系统 CAINS (Carrier Aircraft Inertial Navigation System)。陆***准备将激光陀螺用于陆***飞机的定位／导航、监 视 ／ 侦 察 、 火控以及飞行控制系统 。 1985 年 美国提出了战略防御计划SDI（Strategic Defense Initiative）后，激光技术在***事系统和空间武器上的应用倍受重 视。根据 SDI 预算，1985 年财***在这方面投资 10．4 亿美元，大部分用于开展激光实验，其中包括激光陀螺的研制。90 年代，根据先进巡航导弹和飞机导航的要求，美国进行了激光陀螺捷联性能的研究（SPS）。麦克唐纳?道格拉斯公司被选为SPS的主承包商，其次还有霍尼威尔、利顿、洛克威尔、辛格?基尔福特等公司参加。国外激光陀螺仪的研制单位很多，其中，美国和法国研制的水平较高，此外 还有俄罗斯、德国等国家。
（一）美国的发展概况
基尔福特公司
在单轴 RLG(Ring-Laser Gyro)的基础上，为满足小型卫星和航天器的需要，该
公司研制了微型三轴激光陀螺仪 MRLG。
该公司采用力反馈式加速度计和MRL组成惯性测量组合IMU(InertialMeasurement Unit)。这种惯性导航系统也可用于战术武器，包括鱼雷。
（二）法国的发展概况[3] 法国的激光陀螺仪和系统技术具有很强的实力。法国 SEXTANT 公司和SAGEM 公司均从 70 年代开始研究激光陀螺技术，到目前已经形成不同尺寸和 精度的激光陀螺仪。
1.SEXTANT 公司激光陀螺仪的发展历程
1972 年 SEXTANT 公司开始研究激光陀螺仪
1979 年 SEXTANT 型激光陀螺仪首先用于"美洲虎"直升机飞行
1981 年 33cm 型激光陀螺仪在 ANS 超音速导弹项目中标
1987 年首次把激光陀螺仪用在"阿里安"4 火箭的飞行
1990 年 SEXTANT 公司在法国未来战略导弹项目上中标
2.SAGEM 公司激光陀螺仪的发展历程
1977 年 SAGEM 公司开始研究环行激光陀螺仪
1987 年组装了第一个样机GLS3型，工艺成熟后，主要生产用于航空及潜水艇的捷联惯导系统
1987 年组装了 GLC16 型样机，主要用于直升机和小型运载火箭的捷联惯导系统
参考文献：
[1]张炎华等.惯性导航技术的新进展及发展趋势[J].中国造船,2008(B10):134-144.
[2]薛文胜.浅析几种新型陀螺的发展动态[J].电子科技大学学报,1995(5):487
[3]百度百科.激光陀螺仪[EB/OL].baike.省略/view/989353.htm
[4]曾庆化,刘建业,赖际舟等.环形激光陀螺的最新发展[J].传感器技术学报,2004(11)：1-4.
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