2010級(jí)航海技術(shù)專業(yè)-7班稿主體

:Sagnac效應(yīng)；基本原理；影響因素；應(yīng)用情Fiber passprincipleanditsapplicationWiththegreatdevelopmentoffiberopticgyroscope,thefiberopticgyromadeofthematerialisbeginningtobeappliedinnavigation.Inthenavigationalinstruments,opticalfibergyrocompasshaveprovedpopularwithitssmallsize,highprecision,lowcost,longservicelife.Itisexpectedtoplayamoreimportantroleinthefieldofnavigationinthefuture.Theprintroducesthehistoricaldevelopmentoffiberopticgyrocompass,andprincipleandcharacteristicoffiberopticgyroscopeisintroducedaswell.Italsoysesthebasicprincipleoffiberopticgyroscopeonmarine.Inthispr,webrieflysuggestthefactorswhichinfluenceitsaccuracy.Moreover,welistwhattheapplicationsareinnavigation.Keywords:theeffectsofsagnac;rationale;Influencingfactors;situationof中 英 緒 光纖陀螺羅經(jīng)的發(fā)展歷 光纖陀螺 光纖陀螺儀的基本原 光纖陀螺儀的特 型光纖陀螺 船用光纖陀螺羅經(jīng)的實(shí) 光纖陀螺儀的尋北方 船艇的回旋角速度及橫、縱搖角的測(cè)量與計(jì) 影響光纖陀螺羅經(jīng)精度的主要因 5.1因素對(duì)光纖陀螺羅經(jīng)精度的影 外部因素對(duì)光纖陀螺羅經(jīng)精度的影 光纖陀螺羅經(jīng)在航海上的應(yīng) 穩(wěn)定指向和精確測(cè)量物標(biāo)方 消測(cè)磁羅經(jīng)誤差的新方 測(cè)量船艇旋回半徑的新····················光纖陀螺羅經(jīng)與綜合使用進(jìn)行航 促進(jìn)相關(guān)規(guī)定的修改與制 進(jìn)一步推動(dòng)船舶駕駛自動(dòng)化的發(fā) 致 參考文 1緒論、不需要電源保養(yǎng)簡(jiǎn)便且使用方便是船艇的主要導(dǎo)航儀器但是磁羅經(jīng)能力較差很容易受外界磁場(chǎng)的干擾所以其穩(wěn)定性較低傳統(tǒng)陀螺Sagnac結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度高保養(yǎng)方便啟動(dòng)時(shí)短功耗小全固態(tài)可集成等眾能提供船艇的橫、縱搖角和旋回角速度的信息,即航行中船艇的瞬時(shí)姿態(tài)信息,、(Sagnac)1912Sagnac的大力發(fā)展1976年的大學(xué)和猶他州將Sagnac效應(yīng)與光纖技術(shù)結(jié)合制力物力來(lái)研究光纖陀螺儀。，1985年研制出了精度為0.1～10°/h的中等精度光纖陀螺儀；次年美國(guó)研制出了一種全光纖陀螺儀它的漂移率非常低僅有0.005°/h，為解決造價(jià)高的問(wèn)題Honeywell公司研制出了一種型光纖陀螺儀，其精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低適合批量生產(chǎn)。1990年在發(fā)射TR-1A型全重力，速度傳感器測(cè)量移動(dòng)的距離,用光纖陀螺羅經(jīng)測(cè)量車身轉(zhuǎn)動(dòng)及行駛方向,同時(shí)根GSP東京近郊進(jìn)行了行駛試驗(yàn),效果很好，是光纖陀螺羅經(jīng)第一次使用在民用導(dǎo)航領(lǐng)域的案例。------------）（2三江航天紅峰控制(中國(guó)航天科工第四)該1970要的產(chǎn)品有：光纖陀螺羅經(jīng)等。）2.2：三江航天紅峰控制60單軸光纖陀2F050FOG05D雙軸光纖陀------0.10上述兩家公司生產(chǎn)的光纖陀螺羅經(jīng)都為中低精度售價(jià)在30-60萬(wàn)之2014年5月19日航海儀器公司和亨通光電科光纖陀螺儀是光纖陀螺羅經(jīng)的重要組成部分。它是利用Sagnac效應(yīng)，在地光纖陀螺儀的基本原Sagnac3.1(a)所示,當(dāng)光沿著兩個(gè)反M點(diǎn)。如圖3.1（b）所示，在一個(gè)環(huán)形光路中光纖環(huán)繞著中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反向光波CCW的路程要比同向旋轉(zhuǎn)的CW的光波路程短。因此同向的波將遲于反向的光波達(dá)到M點(diǎn)。設(shè)環(huán)形光路的徑半徑為R，旋轉(zhuǎn)角速度為，M點(diǎn)處的線速度為V=R，點(diǎn)M處逆時(shí)針光C+V，傳輸時(shí)間為T1=2R/（C+V；順時(shí)針光速為C-V，所需要的時(shí)間：T2=2R/（C-V；所以時(shí)差為：tTT

V<<C,

C

CV

C2Vt4RV/

24R2C

L,則光程差L LCt C

相位差

2L/82R2/C4RL

型中是在真空中的波長(zhǎng)。3.4得出角速度為：

從公式3.5中可以看出光的速度C和波長(zhǎng)以及光纖陀螺儀的半徑R和周長(zhǎng)L都是已知的，所以角速度與相位差成正比例關(guān)系，由此型可知通過(guò)測(cè)量相位差就可以求出角速度Sagnac與多匝電感器能夠增強(qiáng)磁通量原理相同，采用多匝光路也可以使Sagnac效應(yīng)得到提高。設(shè)有N可以表示為：4NRL 3.6RL10以把光纖陀螺儀的體積做的很小但考慮到雜質(zhì)及過(guò)程損耗也不能的增加光纖的長(zhǎng)度[1]光纖陀螺儀的特9使用長(zhǎng),信號(hào)穩(wěn)定可靠 型光纖陀螺型光纖陀螺儀的結(jié)構(gòu)主要就是Sagnac儀，它的作用是通過(guò)解調(diào)相的光纖線圈可以提高光纖陀螺儀的性能同時(shí)根據(jù)公式3.6可知增加線圈匝數(shù)可開環(huán)型光纖陀螺儀直接檢測(cè)后Sagnac相移,這種光纖陀螺儀閉環(huán)型光纖陀螺儀利用了相位調(diào)制器反饋與Sagnac相移反向等原因在于其處理信號(hào)的方法,如圖3.2所示:閉環(huán)型光纖陀螺儀采用相位置置信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)反饋相位差FB可作為一個(gè)誤差信號(hào)反饋給系統(tǒng)，它與陀螺儀 由于開環(huán)型光纖陀螺儀的動(dòng)態(tài)范圍狹窄所以在對(duì)條紋的相移直Sagnac方法使檢測(cè)精度更高，是開發(fā)高精度光纖陀螺儀的較好形式。與相位差成正比例關(guān)系，由此就可以通過(guò)光纖陀螺儀來(lái)測(cè)量船艇的回以通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量出相位差來(lái)求出載體的旋轉(zhuǎn)角速度，而船用光纖陀螺光纖陀螺儀的尋北方光纖陀螺儀尋北方案、信號(hào)的處理方法及其自身的性能決定了光纖陀螺羅儀個(gè)數(shù)的不同,可以分為單陀螺和雙陀螺尋北方案。按解算和采樣方型的不同,并且由于動(dòng)態(tài)尋北方案還處于探索階段所以下面就單陀螺靜態(tài)尋北方案進(jìn)行重點(diǎn)分析。位置II的測(cè)量值為I,轉(zhuǎn)動(dòng)光纖陀螺儀的敏感180O到位置II,陀螺儀的測(cè)量值為II。I=kecoscos+ II=kecoscos(+180)+ 其中e是地球自轉(zhuǎn)角速度，kt1t24-14-2

通過(guò)陀螺儀在兩個(gè)位置測(cè)量得到的角速度I和II船艇的回旋角速度及橫、縱搖角的及橫縱搖角進(jìn)量與計(jì)算其技術(shù)是基于使用一個(gè)水平和兩個(gè)垂直的光纖陀螺儀分別對(duì)應(yīng)于船上三個(gè)坐標(biāo)軸XYZ4.1Sagnac角速度為X3.5

即只要測(cè)量出船艇回旋時(shí)光纖陀螺儀的相位差X就可以求出船艇的回旋角速度X。設(shè)此時(shí)船艇的橫搖角為Y，由于光纖陀螺儀的敏感軸與Y軸對(duì)應(yīng)可知，測(cè)量出的Y與Y相等，所以，

Y=Z=

SagnacX和橫、縱搖角Y、Z,利用這些信息就可以實(shí)現(xiàn)光纖陀螺羅經(jīng)的船用[3]張等.光纖陀螺尋北儀原理及其應(yīng)用[J].航海技術(shù)，因素和外部因素因素主要是指其的電路、光路和元器件參數(shù)的漂，因素對(duì)光纖陀螺羅經(jīng)精度的影外部因素對(duì)光纖陀螺羅經(jīng)精度的影高精度多樣化的導(dǎo)航數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)可為船艇提供全方位化的導(dǎo)航需要，3、4消測(cè)磁羅經(jīng)誤差的新方拋下一個(gè)木塊，當(dāng)船艇航向轉(zhuǎn)過(guò)1800時(shí)再拋下一個(gè)木塊，此時(shí)船艇由第二界因素干擾使得測(cè)量結(jié)果并為，船艇速度為V,根據(jù)線速度公式VR就可以快速、準(zhǔn)確的求得旋回半徑R，并且能在任何條件下進(jìn)量十分方便。光纖陀螺羅經(jīng)與綜合使用進(jìn)行航以與等儀器綜合使用進(jìn)行航保。如圖6.1，根據(jù)線速度公式VR,可知根據(jù)不同舵角測(cè)量的旋回角速度可以得到不同的船艇運(yùn)動(dòng)軌跡可以將得到的運(yùn)動(dòng)軌跡在中顯示出來(lái)，幫助判斷是否存在碰撞，如圖6.2，操舵手在時(shí)可以觀察顯示船艇不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)顯示的運(yùn)動(dòng)軌跡是L1時(shí)說(shuō)明船艇可以安全通過(guò)；當(dāng)顯示的運(yùn)動(dòng)軌跡是L2說(shuō)明船艇會(huì)沿岸航行；當(dāng)顯示的是L3時(shí)說(shuō)明船艇存在碰撞。以此來(lái)保證船艇時(shí)時(shí)刻刻都以最安全的舵角6.3，但船艇以固定舵角進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，其角速度越來(lái)越大，旋回半徑越來(lái)越小，逐漸形成一個(gè)縮小的螺旋曲線，所以在最開始時(shí)測(cè)量的旋回半徑R是確的，即最開始得到的船艇運(yùn)動(dòng)軌跡是確的，但避碰時(shí)選用的旋轉(zhuǎn)圖6.1：由角速度確定的船艇的運(yùn)動(dòng)軌6.2：光纖陀螺羅經(jīng)與綜合使用進(jìn)行航保6.3促進(jìn)相關(guān)規(guī)定的修改與制在《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》中第二條“責(zé)任”條款中曾提及“海員通常做法一詞在船舶碰撞司法實(shí)踐中,也常?！昂T通常做法6.4B，此時(shí)A船應(yīng)為B船讓路，現(xiàn)在可以根據(jù)光纖陀螺羅經(jīng)測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角速度得到船艇按此角速度航行的軌跡來(lái)判斷兩船是否存在碰撞因此不必模糊的應(yīng)“海員通常做法來(lái)采取避碰手段。進(jìn)一步推動(dòng)船舶駕駛自動(dòng)化的發(fā)作者在攻讀學(xué)士期間的工作始終是在教員全面具體的指導(dǎo)下進(jìn)行感謝教授在課題研究中所給予的幫助 [1]郊.光纖陀螺羅經(jīng)及其在航海上的應(yīng)用[J].海運(yùn)學(xué)院航海技術(shù)（3）:22~26[2].光纖陀螺尋北儀的研究[D].中國(guó),2008[3]張等.光纖陀螺尋北儀原理及其應(yīng)用[J].航海技術(shù),2006（1）:36~38[6]高音等.光纖陀螺羅經(jīng)及其應(yīng)用[J].航海技術(shù),2010（6）:40~41[7].光纖陀螺尋北儀誤差分析及補(bǔ)償技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大[8]等.光纖陀螺誤差分析及其抑制措施[J].與航天運(yùn)載技術(shù)（2）:29~35[9]等.光纖陀螺旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng)（11）:1~4[10]等.光纖陀螺的發(fā)展及其在慣導(dǎo)中的應(yīng)用前景[J].測(cè)繪工程（1）:41~43[11]等.光纖陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀[J].激光技術(shù),2006（5）