1、光纤陀螺罗经的应用前景

　　经过30多年的研究和开发，中低精度的光纤陀螺仪在国外已批量生产，高精度光纤陀螺仪已达到0.00038°/h的水平。国外已从地下探测到地面车辆定位定向，从舰载、机载到航天惯导系统都已广泛应用光纤陀螺仪。在中高精度姿态方位参考系统(AHRS)和捷联式惯导系统(SINS)中，光纤陀螺仪和激光陀螺仪占有重要位置。随着光纤通信技术和光纤传感技术的发展，许多惯性技术专家预言，传统的机电式陀螺仪将在21世纪初期被激光陀螺仪所取代，光纤陀螺仪又将取代激光陀螺仪。30多年来，世界各发达国家的科研机构和著名大学都投入了很多的经费研究这个有发展前途的新型光纤旋转速率传感器。随着光纤通信技术和光纤传感技术的发展，光纤陀螺仪已经实现了惯性器件的突破性进展。惯性技术专家现已公认，光纤陀螺仪(干涉型)是用于惯性制导和导航的关键技术。美国国防部在20世纪90年代初提出，光纤陀螺仪的精度1996年要达到0.01°/h， 2001年要达到0.001°/h，2006年要达到0.0001°/h，有取代传统的机电式陀螺仪的趋势。目前，利顿公司的0.1°/h的光纤陀螺仪已用于战术导弹的惯导系统，并且已批量生产采用光纤陀螺仪的姿态航向参考系统(AHRS)。Honeywell公司已经生产出用于波音777飞机和道尼尔飞机上的光纤陀螺仪，研制的高精度陀螺仪的零偏稳定性已达到0.00038°/h。精度为1~0.01°/h的工程样机已用于飞行器、惯性测量组合装置。新型导航系统FNA 2012采用了精度为1°/h的光纤陀螺仪和卫星导航GPS。发展至今，光纤陀螺的实际应用研究(特别是航天航空及工业领域)主要集中于运用光电集成芯片、微光电机械、信号处理等技术来降低光纤陀螺成本，且实现小型化、高性能等方面，对I-FOG引入了消偏结构、三轴结构及EDF掺饵光纤和ASE自发辐射光源，以进行光纤陀螺的标准化及光纤型激光陀螺的研制。

　　现在，光纤陀螺的大部分关键技术问题已经得到很好的解决，灵敏度、动态范围、标度因素等技术指标也得到很大的改善。关键技术问题的解决和光纤陀螺独有优势有力地推动了光纤陀螺的产业化。如今，全球每年生产的光纤陀螺仪已达到十万个，广泛应用于航天航空、机航和矿物勘采，以及航海和地震探测等技术领域。

　　日本航空电子公司生产的光纤陀螺仪已用于遥控直升机、足球场用的剪草机和清洁林荫道地面的机器人。三菱公司生产的几种型号的光纤陀螺仪已用于发射运载器，并且已计划用于飞向月球的运载火箭。日立公司现在每月生产3000台光纤陀螺仪，供应汽车定位定向系统。如每月生产100万台，成本将降低到每台100美元。随着光纤陀螺仪的迅速发展，选用温度特性好的光纤传感器件，进行光纤陀螺仪的温度试验和温度补偿措施，并采用三轴数字闭环技术等光纤陀螺仪工程化的关键技术，以及探索谐振腔式光纤陀螺仪的试验研究，将加快光纤陀螺仪的研究工作，从而根据各领域对精度的不同要求，研制出相应的光纤陀螺仪。

　　光纤陀螺仪最大的优点是不需要在石英块或其它材料中精密地加工光学回路，制造成本低，而且可根据使用要求，实现高、中、低不同精度的产品，因此，光纤陀螺具有更广阔的应用领域。如战术导弹、制导炸弹(炮弹)等只有几分钟甚至几秒钟的飞行时间，对陀螺仪的精度要求不是很高，但对陀螺的尺寸大小及抗冲击性能有较高要求，又是一次性使用，因而要求陀螺仪的成本应尽可能降低，且能大批量生产。因此，光纤陀螺是非常理想的选择。

　　国外主要光纤陀螺开发商正在开发3种不同等级的光纤陀螺，这些光纤陀螺几乎覆盖了陀螺的所有应用领域。这3种类型包括用作低性能速率传感器的低精度陀螺(零偏误差为10~100°/h，标度因数误差为500×10^-6~5000×10^-6)，用作如航海等中低精度航姿系统、战术导弹等平台的中精度陀螺(零偏误差为0.1 ~1°/h，标度因数误差为30×10^-6~300×10^-6)以及用作高精度惯导系统的高精度陀螺(零偏误差为0.001 ~0.01°/h，标度因数误差为1×10^-6~5×10^-6)。所有这些光纤陀螺基本上采用了相同类型的元器件，而仅仅在元器件的性能质量和装配公差上有所不同，因而很容易实现产品的系列化，满足不同领域不同系统的要求。随着光纤陀螺技术的不断成熟，其应用领域不断扩展，已经或正在不断地替换着传统机械式的陀螺。甚至有专家预言:“光纤陀螺出现，机械陀螺停转。”

2、光纤陀螺罗经在航海上的应用

　　在海上，船舶一直是将陀螺罗经作为航向信息源，陀螺仪是惯性元件之一。陀螺仪能感应导航基准坐标系相对惯性坐标系的角偏差，并将这个信号提供给导航、定位等系统，可应用于卫星定位仪、ARPA、组合导航系统和AIS等等。由于高速旋转的“转子”质量不平衡，各转动自由度的交叉耦合效应、转子转动惯量，转子支撑的有害力矩等因素严重影响陀螺精度的提高，而且陀螺罗经启动时间较长。但光纤陀螺罗经就不受这方面的影响，除了提供高精度的航向信息外，还能提供纵、横摇和船舶回转角速度的信息，即航行中船舶的瞬时姿态信息源，几乎不需要启动时间，因此，在航海上会得到广泛的应用。具体体现在以下几个方面：

　　(1)进一步推动船舶驾驶自动化发展。船舶驾驶自动化的实质是信息处理及安全航行决策等的自动化。随着技术不断发展和成本的不断降低，光纤陀螺罗经必将成为高可靠性和高精度的船舶动态数据源，为船舶驾驶自动化信息处理平台提供新的底层支持。

　　(2)可提供船舶的姿态信息。提供船舶的纵横向倾角和船舶回转角，为船舶配载操纵提供更科学、准确的依据，提高船舶的安全性。

　　(3)磁罗经校差的新手段。磁罗经校验师可利用光纤陀螺罗经稳定时间短，不产生冲击误差、纬度误差、速度误差及便于携带等特点，在磁罗经自差校正中利用光纤陀螺罗经和磁罗经进行比对的方法，即方便，又高效。

　　(4)丰富船舶操纵理论及实践。可根据船舶在不同舵角下艏回转角速度的大小，及时了解船舶在不同装载的状态或风浪作用下的操纵性能。在狭水道等受限水域航行时，可根据航道宽度、船型等，设置船舶回转角速度的正常值范围及上限报警值，以及时可靠的数据来保证船舶操纵效果。

　　(5)可推动相关规则、规定等的修改和制定。在许多场合下，由于船舶缺少可靠的数据来源，在某些规则中无法作出定量的规定，往往用“海员通常做法”来描述。现在则可用光纤罗经提供的船舶姿态数据来界定。同样，在海事分析中，该数据记录也可作为判断事故责任方的重要依据之一，使规则和规定更具有操作性。