慣性導(dǎo)航技術(shù)是特種行業(yè)最重要的技術(shù)之一，可以毫不夸張的說，慣性導(dǎo)航的發(fā)展水平直接影響了一個特種行業(yè)裝備的先進(jìn)性。隨著成本的降低和需求的增長，其范圍已由原來的艦艇、飛機(jī)、航天宇航、等領(lǐng)域，擴(kuò)展到大地測量、資源勘測、地球物理測量、海洋探測、鐵路、隧道等領(lǐng)域，甚至在機(jī)器人、攝像機(jī)、無人機(jī)中也被廣泛應(yīng)用。

根據(jù)測算，我國慣性導(dǎo)航每年的市場規(guī)模約在160億元左右。民用領(lǐng)域方面，主要集中在石油勘探、無人機(jī)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，每年對于慣導(dǎo)需求年規(guī)模分別為16億元、10億元、15億元。并且隨著我特種行業(yè)的不斷發(fā)展，我國慣性導(dǎo)航市場的規(guī)模有望繼續(xù)增長。

慣性導(dǎo)航主要運(yùn)用場景——無人艇

慣性導(dǎo)航主要運(yùn)用場景——石油勘探

陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要的部件,占據(jù)總成本的50%-90%,決定了慣導(dǎo)系統(tǒng)的整體性能。陀螺儀經(jīng)過多年的發(fā)展，呈現(xiàn)出高精度、小型化、強(qiáng)可靠性的發(fā)展趨勢，目前已發(fā)展到第四代陀螺儀技術(shù)--光纖陀螺儀，具有高耐性和高性價比的優(yōu)勢,單價在百萬以下。

圖2、不同類型陀螺儀的特性對比

光纖通信技術(shù)的發(fā)展和低損耗光纖的應(yīng)用，用多匝光纖線圈代替光學(xué)環(huán)形諧振腔，并通過多次循環(huán)來增強(qiáng)薩格奈克效應(yīng)成為可能。經(jīng)過多年發(fā)展，光纖陀螺已成為慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的主流儀表，它具有傳統(tǒng)機(jī)電式陀螺和環(huán)形激光陀螺無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有以下幾點(diǎn):

靈敏度高

由于光纖陀螺可以通過增加光纖環(huán)圈數(shù)的方法以增大光纖環(huán)路所包圍的面積,增強(qiáng)了光纖環(huán)中的薩格奈克效應(yīng)，使得薩格奈克相移檢測的靈敏度大大提高。

全固態(tài)結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)機(jī)電式陀螺相比，光纖陀螺的結(jié)構(gòu)無任何轉(zhuǎn)動部件和磨損部件，所有部件都是固定安裝在陀螺的剛性骨架上，具有體積小、重量輕、壽命長、生產(chǎn)裝配工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活

結(jié)構(gòu)靈活是光纖陀螺的一個顯著特點(diǎn)，它可以不用改變陀螺結(jié)構(gòu)和電路部件，僅通過改變光纖的長度和光纖環(huán)的直徑就可以適應(yīng)不同動態(tài)范圍和精度等級的要求，可以涵蓋航空、航天、航海和陸地所有陀螺應(yīng)用范圍。

圖3.國產(chǎn)廠家某型號精密光纖陀螺儀

目前，干涉型光纖陀螺儀大多數(shù)采用最小互易光路結(jié)構(gòu)和閉環(huán)階梯波調(diào)制方案，通過相位調(diào)制-解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)角速度解調(diào)。干涉型光纖陀螺儀的基本工作原理與薩格奈克干涉儀相似，其基本結(jié)構(gòu)包括光學(xué)系統(tǒng)和電路系統(tǒng)兩部分。其中，光學(xué)部分主要有寬譜光源(SLD或SFS)、光纖耦合器、Y分支多功能集成光學(xué)芯片(Y波導(dǎo)相位調(diào)制器)、光纖環(huán)、光電探測器等模塊，它們之間以全波導(dǎo)形式通過光纖相互連接：電路部分主要包含信號檢測模塊和DSP模塊。

圖4. 干涉型光纖陀螺儀結(jié)構(gòu)

寬譜光源發(fā)射的光波被耦合器分解為兩列光，其中的一列光波被輸入到Y(jié)波導(dǎo)，途經(jīng)Y波導(dǎo)調(diào)制后得到兩列光波并滿足相干條件，然后同時進(jìn)入光纖回路之中，按照不同路徑傳輸并敏感被測載體的角速度。探測器可以檢測到干涉結(jié)果的強(qiáng)度增加或降低，通過對光電信號轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生被作為Y波導(dǎo)控制信號的回路反饋電壓值，使Y波導(dǎo)輸出和Sagnac相移在大小上相等而在方向上相反的反饋相移，從而控制數(shù)字閉環(huán)FOG一直工作在與零位相移偏差較小的范圍內(nèi)，通過數(shù)據(jù)處理即可以獲得待測角速度。

圖5.環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)引起的傳輸相位差

作為高精度光纖陀螺儀中的重要組件，摻鉺光纖寬帶光源的性能優(yōu)異程度，對于光纖陀螺儀測量精度的影響程度占據(jù)50%以上。光源對于光纖陀螺的影響是多方面的：Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生相移，進(jìn)而產(chǎn)生干涉響應(yīng)，而光源的光譜特性影響了光的干涉并產(chǎn)生干涉誤差；并且光源的熱敏感特性將對陀螺的熱適應(yīng)性產(chǎn)生重要影響。而光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性是決定光纖陀螺性能的重要質(zhì)變，光源有以下性能指標(biāo)會對陀螺性能產(chǎn)生影響：①光譜不對稱性；②光源平均波長的穩(wěn)定性；③光源功率穩(wěn)定性。

目前高精密度光纖陀螺中普遍采用1550 nm波段的摻鉺光纖光源，但由于摻鉺光纖的自然熒光譜在C波段呈現(xiàn)出“雙駝峰”結(jié)構(gòu)，影響了光纖陀螺的測量精度。因而，在制作摻鉺寬帶光纖光源時，應(yīng)該對光源的熒光譜整形。

高斯型譜摻鉺光纖光源與常用的平坦譜光源相比，由于其光譜對稱性較好，因而譜穩(wěn)定性受環(huán)境溫度變化和泵浦功率波動的影響較小;同時，其自相干度更低、相干長度更短，能有效減小光纖陀螺的相位誤差，因此它更適合應(yīng)用在高精度光纖陀螺中。

圖6. 亮點(diǎn)生產(chǎn)摻鉺光纖寬帶光源輸出高斯型光譜

目前國內(nèi)摻鉺光纖寬帶光源廠家生產(chǎn)量產(chǎn)的摻鉺光纖寬帶光源，普遍存在技術(shù)指標(biāo)待提升、全國產(chǎn)化程度低、成本高等現(xiàn)狀。針對以上痛點(diǎn)，亮點(diǎn)光電科技公司推出全國產(chǎn)化ASE光源產(chǎn)品，對技術(shù)指標(biāo)做出提升，適應(yīng)各種精度光纖陀螺儀對光源的要求，同時成本可控。亮點(diǎn)光電研制的光纖陀螺用ASE光源，全溫范圍功率穩(wěn)定性優(yōu)于3%，全溫范圍平均波長穩(wěn)定性優(yōu)于200ppm，并且已實(shí)現(xiàn)元器件全國產(chǎn)化。亮點(diǎn)光電研制的1560nm摻鉺光纖光源已給國內(nèi)光纖陀螺儀廠商和科研單位供貨。

圖7.亮點(diǎn)生產(chǎn)摻鉺光纖寬帶光源實(shí)物圖

圖8.光源-45℃~70℃范圍內(nèi)功率穩(wěn)定性

江蘇亮點(diǎn)光電集團(tuán)（Lumispot）成立于蘇州工業(yè)園區(qū)，總投資過億，擁有1.4萬平方米的辦公和生產(chǎn)面積，設(shè)有北京亮度、無錫亮源、泰州亮點(diǎn)三個子公司。公司專注于激光信息應(yīng)用領(lǐng)域，研發(fā)、生產(chǎn)及銷售半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、固體激光器及相關(guān)激光應(yīng)用系統(tǒng)。公司獲得高功率激光器工程中心、省部級創(chuàng)新人才稱號、多項國家級創(chuàng)新基金和軍工科研計劃支持等。

公司目前人才隊伍結(jié)構(gòu)合理、擁有一支具備光、機(jī)、電、軟硬件分工明細(xì)、經(jīng)驗豐富的研發(fā)隊伍，研發(fā)人員均具有較強(qiáng)的光電從業(yè)背景及航空、航天產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗。江蘇亮點(diǎn)光電科技有限公司將瞄準(zhǔn)用戶需求，繼續(xù)開發(fā)新的光電核心產(chǎn)品，提升產(chǎn)品服務(wù)能力和服務(wù)水平，為成為光電行業(yè)一流供應(yīng)商而不懈努力。同時，公司已成功入選教育部高校司「智能裝備行業(yè)」校企合作就業(yè)實(shí)習(xí)基地名錄，并成功與北工大、江南大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、常熟理工學(xué)院、重慶郵電大學(xué)、南京信息科技大學(xué)、武漢工程大學(xué)等知名高校展開校企實(shí)習(xí)合作。

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