利科夫 | 光纤陀螺在军民领域的应用与发展- 大数跨境

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利科夫 | 光纤陀螺在军民领域的应用与发展

利科夫惯性导航

2021-12-21

导读：光纤陀螺因其体积小、抗电磁辐射和冲击能力强、寿命长、易于集成、成本低等优而飞速发展，广泛用于兵工、航海、航空、航天以及国民经济等领域。

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光纤技术作为一项新兴技术，性能优异、应用潜力巨大，而光纤陀螺是其中研究最为活跃的一种传感器。美国的瓦利(v．Vali)和肖迪尔(R．w．Shortil1)于1976年提出的光纤陀螺引起广泛关注。光纤陀螺因其体积小、抗电磁辐射和冲击能力强、寿命长、易于集成、成本低等优而飞速发展，广泛用于兵工、航海、航空、航天以及国民经济等领域。

光纤陀螺能够精确确定运动物体的方位，与传统的机械陀螺相比，具有结构简单、无旋转部件、重量轻、耐冲击、使用寿命长、消耗功率小、动态量程大等优点，广泛用于导弹制导、飞机船舰导航、军用卫星与地形跟踪导航等控制系统中，它的发展对一个国家的国防建设具有十分重要的战略意义。

光纤陀螺在陆战中的应用近年来，随着我国军事发展的需要，军事地理信息系统已进入实际研发阶段。而全球定位系统GPS对军事地理信息系统的发展起到了很大推动作用。众所周知，GPS接收器靠接收GPS卫星信号获取定位信息，所以在山区、隧道等卫星信号微弱甚至根本“看不到”卫星的地方，GPS就显得“力不从心”，但这些地区往往是敌我作战的主战场。为解决上述问题，一般采用GPS与航位推算系统相结合的办法弥补GPS失去卫星定位信号而产生的数据空缺。航位推算系统是由光纤陀螺和里程计组成的一种自主式导航系统，完全依靠车载设备自主完成导航任务，不易受周围环境的干扰和影响，能够保证连续定位。光纤陀螺还可用于装甲车和坦克的转塔，在车辆瞄准和射击时用于稳定炮塔。

光纤陀螺的应用

01 航海方面的应用

罗经是船舶重要的导航设备，主要有磁罗经和电罗经两种。随着光纤陀螺技术的发展和商业化水平的提高，光纤陀螺仪已成为船用通导设备中的新成员，在商用和军用船舶及船用设备中得到应用。基于捷联式惯导系统的光纤陀螺仪罗经其旋转轴与船舶坐标系的三个轴相对应，它不仅可以作为高精度航向的信息源,实现自动找北、指北，而且还可以得出航向回转速率、横、纵摇角度和航向的旋转速率等可靠数据，进一步推动船舶的自动化发展，保证了船舶的操纵效果和保证航行安全。

02 航天及空间方面的应用

在航天和空间应用方面一般都采用高精度的干涉型光纤陀螺。IFOG为主要惯性元件的捷联惯导系统,可为飞机提供三维角速度、位置以及攻角和侧滑角，实现火箭升空发射的跟踪和测定，也可用于空间飞行器稳定、摄影/测绘、姿态测量控制、运动补偿、EO/FLIR稳定、导航及飞控等，其中高精度、可靠性高的光纤陀螺与GPS组合定姿已成为国内外航天器定姿系统的典型构型。

03 军事方面的应用

光纤陀螺由于自身在角速率及加速度测量方面的优越性和在动态范围、灵敏度和可靠性等方面的显著优势，使其在军事方面有着广泛的应用。可用于坦克、潜艇、自行火炮、装甲突击车的定位、定向和导航；当卫星导航在强电子干扰而无法获得准确信息时，光纤陀螺可以用来保证飞行器自主导航、精确制导和准确命中目标。同时FOG组件还是航空火力控制系统的重要组成部分,可用于武装直升机等武器系统瞄准线和射击线的稳定,保证武器在运动中进行搜索、瞄准、跟踪和射击。另外，光纤陀螺也是水下唯一有效的导航技术,可用于潜艇的定位、定向和导航。

04 民用方面的应用

在民用领域主要侧重于中低精度光纤陀螺的应用，主要应用有：地面车辆的自动导航、定位定向、车辆控制；对农用飞机姿态控制，进行播种、喷洒农药；在地下工程维护中,寻找损坏的电力线、管道和通信光(电)缆位置的定位工具和抢救工具；用于大地测量、矿物勘采、石油勘察、石油钻井导向、隧道施工等的定位和路径勘测，以及利用光纤陀螺转动角和线位移实现大坝测斜等。

总结

虽然我国光纤陀螺的研制和应用起步较晚，但近年来已取得长足进步，在我军的武器装备中已经得到一定程度的应用。我国武器装备“机械化、信息化、制导化”的发展方向为光纤陀螺的应用提供了广阔发展空间，相信各类高性能光纤陀螺在我军武器装备上将被大量采用，为提高我军战术战略精确打击能力做出贡献。

另外，专业人士认为在未来，在民用领域，随着无人机、无人车、机器人等市场规模不断壮大，对于陀螺仪需求不断增多，光纤陀螺仪优势明显，必将有一番良好发展。

利科夫FS-120

惯性级光纤陀螺

FS-120是一款惯性级的高性能干涉型闭环光纤陀螺仪（FOG）。作为一款全数字全固态的陀螺仪，继承了经典光纤陀螺仪的设计理念，创新性光纤环抗温变设计和抗磁性设计。在惯性级甚至某些战略级应用中，可以替代激光陀螺仪（RLG），提供理想可靠的低成本解决方案。

主要特点

■精度高，零偏稳定性优于0.005°/h（Allan方差），随机游走优于0.001°/h^1/2

■超长寿命以及高可靠性，MTBF超过2000h

■创新性光纤环抗温变设计和抗磁性设计

■单一电源供电（+5V），简化系统设计

■提供TOV（Time of Valid）数据同步信号，全数字RS-422电气接口输出，显著提高陀螺仪输出的实时性

应用领域

■惯性级的导航设备

■高精度定位定向系统

■捷联罗经

■天线、光学稳定平台

FS-120技术参数
测量范围	±300°/s
零偏稳定性	≤0.002°/h，100s
零偏稳定性（全温）	≤0.005°/h，100s
标度因数非线性度	≤10ppm
外形尺寸	Φ120×39mm
重量	625g±20g
对外电气接口	RS-422/485