慣性導航技術是特種行業最重要的技術之一，可以毫不夸張的說，慣性導航的發展水平直接影響了一個特種行業裝備的先進性。隨著成本的降低和需求的增長，其范圍已由原來的艦艇、飛機、航天宇航、等領域，擴展到大地測量、資源勘測、地球物理測量、海洋探測、鐵路、隧道等領域，甚至在機器人、攝像機、無人機中也被廣泛應用。
根據測算，我國慣性導航每年的市場規模約在160億元左右。民用領域方面，主要集中在石油勘探、無人機、消費電子等領域，每年對于慣導需求年規模分別為16億元、10億元、15億元。并且隨著我特種行業的不斷發展，我國慣性導航市場的規模有望繼續增長。
慣性導航主要運用場景——無人艇
慣性導航主要運用場景——石油勘探
陀螺儀是慣性導航系統中最重要的部件,占據總成本的50%-90%,決定了慣導系統的整體性能。陀螺儀經過多年的發展，呈現出高精度、小型化、強可靠性的發展趨勢，目前已發展到第四代陀螺儀技術--光纖陀螺儀，具有高耐性和高性價比的優勢,單價在百萬以下。
圖2、不同類型陀螺儀的特性對比
光纖通信技術的發展和低損耗光纖的應用，用多匝光纖線圈代替光學環形諧振腔，并通過多次循環來增強薩格奈克效應成為可能。經過多年發展，光纖陀螺已成為慣性導航領域的主流儀表，它具有傳統機電式陀螺和環形激光陀螺無法比擬的優點，概括起來主要有以下幾點:
01、靈敏度高
由于光纖陀螺可以通過增加光纖環圈數的方法以增大光纖環路所包圍的面積,增強了光纖環中的薩格奈克效應，使得薩格奈克相移檢測的靈敏度大大提高。
02、全固態結構
與傳統機電式陀螺相比，光纖陀螺的結構無任何轉動部件和磨損部件，所有部件都是固定安裝在陀螺的剛性骨架上，具有體積小、重量輕、壽命長、生產裝配工藝簡單的優點。
03、結構設計靈活
結構靈活是光纖陀螺的一個顯著特點，它可以不用改變陀螺結構和電路部件，僅通過改變光纖的長度和光纖環的直徑就可以適應不同動態范圍和精度等級的要求，可以涵蓋航空、航天、航海和陸地所有陀螺應用范圍。
圖3.國產廠家某型號精密光纖陀螺儀
目前，干涉型光纖陀螺儀大多數采用最小互易光路結構和閉環階梯波調制方案，通過相位調制-解調技術實現角速度解調。干涉型光纖陀螺儀的基本工作原理與薩格奈克干涉儀相似，其基本結構包括光學系統和電路系統兩部分。其中，光學部分主要有寬譜光源(SLD或SFS)、光纖耦合器、Y分支多功能集成光學芯片(Y波導相位調制器)、光纖環、光電探測器等模塊，它們之間以全波導形式通過光纖相互連接：電路部分主要包含信號檢測模塊和DSP模塊。
圖4. 干涉型光纖陀螺儀結構
寬譜光源發射的光波被耦合器分解為兩列光，其中的一列光波被輸入到Y波導，途經Y波導調制后得到兩列光波并滿足相干條件，然后同時進入光纖回路之中，按照不同路徑傳輸并敏感被測載體的角速度。探測器可以檢測到干涉結果的強度增加或降低，通過對光電信號轉換后，產生被作為Y波導控制信號的回路反饋電壓值，使Y波導輸出和Sagnac相移在大小上相等而在方向上相反的反饋相移，從而控制數字閉環FOG一直工作在與零位相移偏差較小的范圍內，通過數據處理即可以獲得待測角速度。
圖5.環形光路系統中的Sagnac效應引起的傳輸相位差
作為高精度光纖陀螺儀中的重要組件，摻餌光纖寬帶光源的性能優異程度，對于光纖陀螺儀測量精度的影響程度占據50%以上。光源對于光纖陀螺的影響是多方面的：Sagnac效應產生相移，進而產生干涉響應，而光源的光譜特性影響了光的干涉并產生干涉誤差；并且光源的熱敏感特性將對陀螺的熱適應性產生重要影響。而光纖陀螺標度因數穩定性是決定光纖陀螺性能的重要質變，光源有以下性能指標會對陀螺性能產生影響：光譜不對稱性；光源平均波長的穩定性；光源功率穩定性。
目前高精密度光纖陀螺中普遍采用1550 nm波段的摻餌光纖光源，但由于摻餌光纖的自然熒光譜在C波段呈現出“雙駝峰”結構，影響了光纖陀螺的測量精度。因而，在制作摻餌寬帶光纖光源時，應該對光源的熒光譜整形。
高斯型譜摻餌光纖光源與常用的平坦譜光源相比，由于其光譜對稱性較好，因而譜穩定性受環境溫度變化和泵浦功率波動的影響較小;同時，其自相干度更低、相干長度更短，能有效減小光纖陀螺的相位誤差，因此它更適合應用在高精度光纖陀螺中。
圖6. 亮點生產摻餌光纖寬帶光源輸出高斯型光譜
目前國內摻餌光纖寬帶光源廠家生產量產的摻餌光纖寬帶光源，普遍存在技術指標待提升、全國產化程度低、成本高等現狀。針對以上痛點，亮點光電科技公司推出全國產化ASE光源產品，對技術指標做出提升，適應各種精度光纖陀螺儀對光源的要求，同時成本可控。亮點光電研制的光纖陀螺用ASE光源，全溫范圍功率穩定性優于3%，全溫范圍平均波長穩定性優于200ppm，并且已實現元器件全國產化。亮點光電研制的1560nm摻餌光纖光源已給國內光纖陀螺儀廠商和科研單位供貨。
圖7.亮點生產摻餌光纖寬帶光源實物圖
圖8.光源-45℃~70℃范圍內功率穩定性
江蘇亮點光電集團（Lumispot）成立于蘇州工業園區，總投資過億，擁有1.4萬平方米的辦公和生產面積，設有北京亮度、無錫亮源、泰州亮點三個子公司。公司專注于激光信息應用領域，研發、生產及銷售半導體激光器、光纖激光器、固體激光器及相關激光應用系統。公司獲得高功率激光器工程中心、省部級創新人才稱號、多項國家級創新基金和軍工科研計劃支持等。
公司目前人才隊伍結構合理、擁有一支具備光、機、電、軟硬件分工明細、經驗豐富的研發隊伍，研發人員均具有較強的光電從業背景及航空、航天產品研發經驗。江蘇亮點光電科技有限公司將瞄準用戶需求，繼續開發新的光電核心產品，提升產品服務能力和服務水平，為成為光電行業一流供應商而不懈努力。同時，公司已成功入選教育部高校司「智能裝備行業」校企合作就業實習基地名錄，并成功與北工大，江南大學，西安電子科技大學，常熟理工學院，重慶郵電大學，南京信息科技大學，武漢工程大學等知名高校展開校企實習合作。
來源：亮點光電
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