中国新型战机普遍应用光纤陀螺导航系统(图)(2)

图4 采用角随机游走预测模型的四轴光纤陀螺

　　国外光纤陀螺仪发展动态

　　国外光纤陀螺技术已经臻于成熟，精度范围涵盖了从战术级、惯性级到战略级的各种应用，广泛应用于航空、航天、航海等军事及民用工业领域。目前国外最杰出的光纤陀螺及其应用系统研究与制造厂家主要有美国的霍尼韦尔公司、诺斯罗普·格鲁门公司和欧洲的IXBlue公司等。

　　1、霍尼韦尔公司

　　霍尼韦尔公司自20世纪80年代中期开始研发各类精度的光纤陀螺，至上世纪末已生产交付了10000多只用于商业飞行器的战术级开环陀螺。霍尼韦尔公司光纤陀螺产品概览如下表所示。

　　霍尼韦尔最先实现去偏陀螺技术，使用单模光纤生产高精度的光纤陀螺，且寿命更长，可用于空间平台、潜艇等。基于去偏陀螺的这一优点，霍尼韦尔历时三年研发出了用于商业卫星的下一代惯导系统SPIRIT，于2011年完成工程样机的设计制造和测试，并于2012年推向市场。SPIRIT内部结构如图1所示。

　　SPIRIT包含4个光纤陀螺与8个RBA500加速度计，光纤陀螺随机游走系数小于0.001○/√h，标度因数非线性度小于50ppm、标度因数稳定性小于200ppm（3σ）。SPIRIT所用的光纤陀螺尺寸仅为76mm（直径）×66mm（高），重量454g，功耗1W，适用于卫星上有限的空间和电源条件。

　　2、诺斯罗普·格鲁门公司

　　诺格公司自1988年开始研制基于光纤陀螺的IMU系统，代表产品分为uFORS系列与FOG-200系列，前者精度低突出小型化特征，后者精度高、应用于IMU、AHRS等军用系统。

　　LN260中光纤陀螺零偏稳定性0.001○/h，标度因数稳定性10ppm，其中：

　　纯惯导定位精度0.8nmile/h、姿态精度0.05°、航向精度0.1°；

　　组合导航定位精度小于4m、姿态精度0.01°、航向精度0.02°。

　　3、IXBlue公司

　　IXBlue公司的前身是1978年成立的Photonetics公司，主要从事光纤陀螺技术的研发，经过数十年的持续研发，其光纤陀螺应用系统覆盖了航海、陆地和空间应用等场合，涵盖了从战术级到战略级的各个精度范围。

　　IXBlue公司基于光纤陀螺的姿态航向参考系统OCTANS非常适用于各种水面舰艇，大部分法国海军水面舰艇和英国海军的猎雷舰和全部的美国海岸警卫队的80和110英尺快艇均有装备。其基于光纤陀螺的军民两用惯性导航系统PHINS的性能优于OCTANS，导航精度达到0.6nmile/h，能实现在无GPS信号情况下的精确惯性导航，目前广泛装备于美国、英国、法国、荷兰、比利时和印度尼西亚等国海军。

　　MARINS是IXBlue公司专为军事用途开发的高精度光纤陀螺捷联惯导系统，系统上的光纤陀螺使用了直径170mm长3km的光纤环，陀螺零偏稳定性5×10-4 ○/h，角度随机游走2×10-4 ○/√h ，标度因数稳定性10ppm，能实现1nmile/24h的高精度纯惯性导航，已经被选择应用于英国海军的两艘“伊丽莎白”级航空母舰（预期将在2016年和2018年服役），同时也应用于英国海军的第四艘“机敏”级攻击核潜艇“勇敢”号和法国海军的“卡萨尔”级防空护卫舰。IXBlue公司对MARINS系统及其光纤陀螺进行了长时间测试，控温测试条件下MARINS中的光纤陀螺在长达12天的静态测试中未表现出偏置漂移特性，这是机械陀螺和激光陀螺所不具备的；在不稳定温度环境下，MARINS中的光纤陀螺的零偏稳定性仍然能达到10-4○/h量级。控温条件下对MARINS系统长达38天的静态测试结果表明，MARINS具有实现1nmile/month的纯惯性导航精度的能力，对应的光纤陀螺偏置不稳定性在10-5○/h量级，标度因数稳定性约1ppm，显示出光纤陀螺惯导在未来高精度惯性导航领域的巨大潜力。

　　IXBlue公司与Astrium公司为空间应用联合开发的四轴光纤陀螺ASTRIX200采用了直径170mm长度为5km的光纤环，随机游走系数2×10-5 ○/√h，其偏置不稳定性5×10-4○/h，控温条件下达到4×10-5○/h，能实现分辨率0.001角秒的旋转测量。MARINS和ASTRIX200代表了IXBlue公司在光纤陀螺发展和应用领域的最高水平，对光纤陀螺发展和应用具有指引意义。