大型激光陀螺仪的研究进展

翟二江,郭文阁,徐学东,全秋叶,张立松,刘师彤,魏明明

(1.西安石油大学理学院,陕西 西安 710065；2.中国科学院国家授时中心时频基准实验室,陕西 西安 710600)

1 引 言

大型激光陀螺仪是精确监测地球自转角度速度的传感器[1]。相比于惯性导航的激光陀螺仪通常的面积小于0.02 m2,对应的周长小于0.3 m,最佳灵敏度约为5.7×10-7rad/(s·Hz1/2),性能水平足以满足惯性导航要求,但对大多数地球物理应用来说,还差几个数量级。大型的光纤陀螺仪也可以作为测量角速度的仪器,美国的霍尼韦尔公司生产的光纤陀螺仪在恒温条件下,利用闭锁控制技术,使用光纤长度为3 km的光纤陀螺测量精度达到1×10-9rad/s,在进行温度补偿可以达到10-10rad/s,需要考虑温度梯度效应的影响,使用环境苛刻,同时测量精度也不足以满足超高精度测量的需求[2]。由于标度因子和灵敏度随两束反向传播的激光束所包围的区域增加,优化标度因子是激光陀螺仪传感器进行改进的合理途径。事实证明,研究大型激光陀螺仪设计方案是可行的。

目前国内外研究用于测量地球参数的技术主要利用甚长基线干涉测量法(Very Long Baseline Interfermetry,VLBI)、卫星定轨测距法、月球激光测距法、多普勒轨道法等空间大地测量技术对EOP进行监测[3]。这些测量技术都与地球旋转轴没有直接联系,VLBI技术通过构建模型与地球旋转轴相连,最终精度尚不清楚。大型激光陀螺仪安装在地球表面,是直接参照地球旋转轴的空间大地测量装置。大型激光陀螺仪的测量精度和稳定性能够测量地球旋转轴发生的微小变化量,目前国内外设计的大型激光陀螺仪光学腔的面积从0.748 m2到367.5 m2,测量灵敏度从7.2×10-10rad/s到4.7×10-12rad/s[4]。……