光程差ΔL。
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
如(a)所示，无旋转条件下，两束光传输时间相等， 为
tCCW
tCW
L 2R
cc
• 如(b)所示，旋转条件下，
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(a)
(b)
• 各种战术导弹和战略导弹
– 小型洲际弹道导弹“侏儒” – Block III战斧巡航导弹
• 观察微小的地震效应、固体地面潮汐效应
2013/5/12
鸣谢
• 汪之国.国防科技大学光电科学与工程学院 光电工程系.激光陀螺及其典型应用.2012.
• 邓志红.惯性器件与惯性导航系统.科学出版 社.2012.
激光陀 4R 2
c
• 亦即
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(S为环路所围成面积)
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
• 亦即
• 数学推导得(具体推导 见教材1 P180)
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的应用
• 国外大部分战机以及民航
– F-22、F-35、SU-30等战机以及B747、A320等民航机
• 坦克、火炮等常规兵器
– “帕拉丁”自行榴弹炮 – 瑞典的BKAN1A和FH-77B型榴弹炮 – 精密测量侦察车和布雷德利战车
陀螺仪特性
• 定轴性：当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生 了惯性。这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持，指 向固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力 量。
陀螺仪特性
• 进动性：在运转中的陀螺仪，如果在旋转轴上施 加一个力矩，旋转轴并不沿施力方向运动，而是 顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动。
• 优点 • ★原理 • 应用
• 伊国兴.哈尔滨工业大学空间控制与惯性技 术研究中心.微陀螺惯性测量系统.
• 张勇刚.哈尔滨工程大学.光纤陀螺基本原理
2013/5/12
Thank you!!
2013/5/12
激光陀螺仪的原理
• 基本原理 • 原型-----萨古纳克干涉仪(Sagnac 干涉仪) • 实际模型----激光陀螺相对干涉仪 • ★简化模型----环形干涉仪
激光陀螺仪的原理
• 基本原理：陀螺仪的主要作用是获取当前角速度 w。在激光陀螺仪中，我们通过物理模型建立角 速度w与光程差ΔL的关系。并由固有数学公式得 到ΔL与频率差Δf的关系。这时我们便可以通过测 量频率差Δf来得知角速度w
角速度w
光程差ΔL
通过测量频率差ΔL得知角速度w
频率差Δf
激光陀螺仪的原理
• 原型-----Sagnac 干涉仪 • 法国物理学家 Sagnac
发现于 1913 年
激光陀螺仪的原理
• 实际模型----激光陀螺 相对干涉仪
激光陀螺仪的原理
• 简化模型----环形干 涉仪
• 一束光经分束器M进入 同一光学回路中，分成 完全相同的两束光Ccw 和Cccw，分别沿顺时针 方向(CW)和逆时针方向 (CCW)相向传播，当回 路绕垂直于自身的轴转 动时，将使两束光产生
激光惯性制导
-------------我们生活在惯性的世界
主讲人： 唐衣可俊
沙皮狗工作室
整体知识结构
惯性导航系统
加速度计
陀螺仪
激光陀螺仪
目录
• 陀螺仪 • ★激光陀螺仪 • 惯性传感器
陀螺仪
• 定义 • 特性
– 定轴性 – 进动性(逆动性)
陀螺仪定义
• 陀螺仪：是一种用来传感与维持方向的装置。使 用最广泛的是三轴陀螺仪。
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪的原理
• 分别求出两个方向的时间
tCCW
2R
c R
tCW
2R
c R
• 传输时间差
4R2
t tCCW tCW c2
M CCW
CCCW
M
l
M ’
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转
激光陀螺仪
激光陀螺仪
• 为什么要使用激光陀螺仪，它于传统的陀螺仪相 比有什么优点？
• 答： 传统的惯性陀螺仪对工艺结构的要求很高，结
构复杂，精度很受制约。 而激光陀螺没有旋转的转子部件，没有角动量，
也不需要方向环框架，角度传感器等活动部件， 结构简单，工作寿命长，维修方便，可靠性高。
传统陀螺仪
激光陀螺仪