4.1 光纖陀螺工作原理

光纖陀螺本質(zhì)上作為一個(gè)角速率傳感器，主要由光源、Y波導(dǎo)、探測器、耦合器、保偏光纖等幾部分組成。其工作原理遵從于薩格納克效應(yīng)公式，定量關(guān)系如上式所示，式中Φ表示激光干涉的相位，L為光纖的長度，R為光纖環(huán)的半徑，λ為激光的波長，C為光速，Ω為光纖環(huán)的轉(zhuǎn)速。薩格納克效應(yīng)表明，光纖環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與激光在光纖環(huán)內(nèi)發(fā)生干涉的相位差成正比。這開辟了利用沒有運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的利用光學(xué)原理測量運(yùn)動(dòng)角速率的新紀(jì)元。

4.2光纖陀螺羅經(jīng)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

每臺光纖羅經(jīng)由三個(gè)相互垂直安裝的光纖陀螺和三個(gè)加速度計(jì)和相應(yīng)的電路板和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

計(jì)算機(jī)通過對加速度計(jì)輸出的比力和陀螺輸出的角速率信息進(jìn)行采集與補(bǔ)償后，根據(jù)慣性坐標(biāo)系下的光纖陀螺羅經(jīng)數(shù)學(xué)模型完成載體航向、縱搖、橫搖等信息的解算，其算法編排如下圖所示。角速度輸入的圓錐補(bǔ)償模塊利用光纖陀螺采集角速度信號計(jì)算旋轉(zhuǎn)矢量，完成四元數(shù)的更新，從而完成矩陣的更新。通過加速度計(jì)輸出比力的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與濾波獲得姿態(tài)矩陣以及相應(yīng)的航向和姿態(tài)角信息。

光纖羅經(jīng)可以在海面動(dòng)態(tài)環(huán)境下，計(jì)算出載體的航向、姿態(tài)、速度甚至位置等信息，而且沒有運(yùn)動(dòng)部件，與傳統(tǒng)機(jī)械陀螺構(gòu)成的電羅經(jīng)相比，不僅壽命長，不需要定期更換陀螺，而且精度更高，輸出的參數(shù)也更多。