中航工业首席专家技术丛书：非共面激光陀螺 [Non-planar Cavity Ring Laser Gyroscope] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陆志东 著

图书标签:

• 激光陀螺
• 非共面谐振腔
• 陀螺仪
• 惯性导航
• 精密光学
• 航空工业
• 中航工业
• 传感器
• 光纤激光器
• 角速度测量

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516503812

版次：1

商品编码：11562112

包装：精装

丛书名： 中航工业首席专家技术丛书

外文名称：Non-planar Cavity Ring Laser Gyroscope

开本：6开

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：346

字数：572000###

内容简介

　　《中航工业首席专家技术丛书：非共面激光陀螺》全面阐述了非共面谐振腔的二频塞曼偏频激光陀螺和法拉第偏频激光陀螺原理，介绍了非共面谐振腔的一般理论、振荡光束的传播特性和非共面谐振腔的设计准则，针对非共面谐振腔园偏振光振荡激光模式，提出了反射镜及腔内元件的反射特性要求和法拉第偏频组件的设计方法，讨论了非共面激光陀螺的偏频技术、磁光效应的特理特征和误差产生机理、误差控制策略，并简要介绍了非共面激光陀螺的典型应用。

作者简介

　　陆志东，研究员，中航工业自控所副所长、总工程师，长期从事惯性导航相关技术研究、科技创新及未来发展战略研究。总装备部科技委兼职委员、惯性技术及航空电子技术专家组专家；首批国防科技工业“511人才工程”高级科技人才，荣获“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“陕西省国防工业有突出贡献的中青年专家”称号。曾获得多项国家级和国防科技进步奖，享受国务院政府特殊津贴。中航工业综合导航技术首席技术专家、航电及任务管理系统专家组组长。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 惯性技术与激光陀螺
1.2 激光陀螺发展历程
1.3 非共面谐振腔与四频激光陀螺

第2章 激光陀螺基础及典型激光陀螺
2.1 萨格奈克效应
2.2 环形谐振腔与偏频技术
2.2.1 环形谐振腔
2.2.2 环形谐振腔的特征
2.2.3 闭锁效应与偏频
2.2.4 激光陀螺的分类
2.3 典型的激光陀螺
2.3.1 抖动偏频激光陀螺
2.3.2 速率偏频激光陀螺
2.3.3 法拉第偏频激光陀螺
2.3.4 塞曼偏频激光陀螺
2.3.5 磁镜偏频激光陀螺
2.4 各种偏频激光陀螺的优缺点

第3章 非共面谐振腔
3.1 非共面谐振腔的历史演变
3.1.1 雷神公司的研制历程
3.1.2 利顿公司的研制历程
3.2 非共面谐振腔基本理论
3.2.1 非共面谐振腔的本征特性
3.2.2 非共面谐振腔几何参数理论
3.2.3 光束传输矩阵及非共面腔高斯光束
3.3 非共面谐振腔的限定条件
3.3.1 谐振腔放电孔系及光轴参数基本要求
3.3.2 频率分裂的限定条件
3.3.3 非增益中心工作的增益和损耗比值的限制条件
3.3.4 非共面谐振腔装配参数要求
3.3.5 非共面谐振腔工程实现限制条件
3.4 不含腔内元件的非共面谐振腔计算和分析
3.4.1 对称非共面谐振腔公差评估
3.4.2 非共面谐振腔高斯光束空间特性和光阑计算
3.4.3 非共面谐振腔偏振特性计算及优化

第4章 非共面激光陀螺偏频的物理效应
4.1 磁光效应与磁光材料
4.1.1 磁光效应
4.1.2 磁致旋光材料及特性
4.1.3 磁光器件及其应用
4.2 塞曼效应
4.2.1 正常塞曼效应
4.2.2 反常塞曼效应
4.2.3 塞曼效应的偏振特性
4.3 法拉第效应
4.3.1 法拉第效应的宏观理论
4.3.2 法拉第效应的经典电子动力学理论
4.3.3 法拉第效应的量子理论
4.3.4 法拉第效应的琼斯矢量表达

第5章 塞曼激光陀螺
5.1 塞曼激光陀螺基本原理
5.1.1 塞曼偏频原理和技术
5.1.2 塞曼激光陀螺的非共面谐振腔
5.1.3 二频塞曼激光陀螺
5.1.4 四频塞曼激光陀螺
5.2 塞曼激光陀螺的增益特性
5.2.1 气体激光器直流放电
5.2.2 塞曼激光陀螺放电
5.2.3 塞曼激光陀螺增益
5.3 塞曼偏频激光陀螺误差理论
5.3.1 相向传播光束的能量耦合与闭锁效应
5.3.2 偏频引入的误差
5.3.3 增益介质引起的误差
5.3.4 解调引起的量化误差
5.3.5 塞曼激光陀螺的极限精度
5.4 塞曼偏频激光陀螺环境适应性
5.4.1 二频塞曼激光陀螺磁灵敏度及磁屏蔽
5.4.2 二频塞曼激光陀螺抗冲击振动特性
5.4.3 二频塞曼激光陀螺的温度适应性

第6章 法拉第偏频组件
6.1 法拉第偏频组件要求
6.2 法拉第元件及测试系统
6.2.1 法拉第旋光元件材料选择
6.2.2 法拉第旋光元件损耗测试系统
6.2.3 法拉第旋光元件应力影响及测试
6.3 法拉第偏频磁场
6.3.1 永磁体材料选取
6.3.2 偏频磁场非均匀性的影响
6.3.3 法拉第偏频组件漏磁的影响
6.3.4 法拉第偏频组件永磁体磁路分析

第7章 含法拉第旋光元件的非共商谐振腔
7.1 几何光路及公差
7.2 高斯光束空间特性计算和光阑设计
7.2.1 高斯光束空间特性计算
7.2.2 光阑计算
7.3 偏振特性分析
7.3.1 理想情况下的腔内频率、偏振和损耗特性分析
7.3.2 实际情况下的腔内频率、偏振和损耗特性分析
7.3.3 频率、偏振和损耗特性的测试
7.4 输出信号的合成
7.4.1 输出合成信号的数学模型
7.4.2 合光棱镜角度计算

第8章 非共面四频激光陀螺
8.1 四频环形腔行波场的半经典理论
8.1.1 激光电磁场方程
8.1.2 二频环形激光陀螺自洽方程
8.1.3 四频环形激光陀螺自洽方程
8.2 增益介质的色散效应模型
8.2.1 色散效应的经典理论模型
8.2.2 自治方程的色散效应模型
8.3 非共面四频激光陀螺的误差理论
8.3.1 信号读出及解调
8.3.2 误差理论及分析
8.3.3 非共面四频激光陀螺的指标体系
8.4 非共面四频激光陀螺控制技术
8.4.1 控制系统原理
8.4.2 控制系统实现

第9章 三轴非共面四频激光陀螺
9.1 三轴激光陀螺的发展
9.2 三轴非共面四频激光陀螺方案
9.2.1 菱形十二面体结构方案
9.2.2 四面体结构方案

第10章 非共面激光陀螺典型应用
10.1 激光陀螺惯性导航系统优点
10.1.1 激光捷联惯性导航系统
10.1.2 非共面四频激光捷联惯性导航系统
10.2 非共面四频激光陀螺的应用
10.2.1 惯性导航基本原理
10.2.2 捷联惯性导航系统
10.2.3 非共面四频激光捷联惯性导航系统组成
10.2.4 非共面四频激光捷联惯性导航系统典型产品
10.3 非共面四频激光陀螺在惯性／天文组合导航系统中的应用
10.3.1 天文导航的基本原理
10.3.2 天文导航系统
10.3.3 惯性／天文组合导航系统
10.3.4 非共面四频激光陀螺在惯性／天文组合导航系统中的典型产品
10.3.5 惯性／天文组合导航系统对非共面四频激光陀螺的要求
10.4 塞曼激光陀螺的应用
10.4.1 三轴塞曼激光陀螺组合
10.4.2 塞曼激光陀螺制导系统

参考文献

前言/序言

《非共面激光陀螺：原理、设计与应用》 本书概述 《非共面激光陀螺：原理、设计与应用》是一部专注于高精度惯性导航核心器件——非共面激光陀螺（NPLRG）的深度技术专著。本书汇集了航空工业领域顶尖专家多年的研究成果与实践经验，旨在系统、全面地阐述非共面激光陀螺的工作原理、关键技术、设计方法、制造工艺、测试标定以及在现代航空航天、国防军工等领域的广泛应用。本书内容翔实，理论严谨，图文并茂，特别适合从事惯性导航、光电技术、精密测量、航空航天工程等领域的研究人员、工程技术人员、研究生以及相关专业的学生阅读。 第一章 导论：惯性导航与激光陀螺的发展历程 本章首先回顾惯性导航系统的基本原理及其在军事和民用领域的重要性，阐述其在自主导航、精确制导、姿态控制等方面不可替代的作用。随后，深入剖析了不同类型陀螺（机械陀螺、振动陀螺、光纤陀螺、环形激光陀螺）的发展演变，重点介绍环形激光陀螺（RLG）作为新一代惯性导航传感器的优势，如高精度、快速启动、长寿命、高可靠性等。在此基础上，引出非共面激光陀螺（NPLRG）的概念，阐述其相对于传统共面环形激光陀螺在抑制锁相效应、提高精度方面的理论优势，为后续章节的学习奠定坚实的基础。 第二章 非共面激光陀螺的基本原理 本章是本书的核心理论部分，详细解析非共面激光陀螺的工作机理。首先，从麦克斯韦方程出发，推导光波在非共面谐振腔内的传播规律。接着，深入讲解Sagnac效应在非共面几何结构下的具体体现，分析其与角速度的定量关系。重点阐述非共面腔型如何有效避免或削弱因腔体内部光斑畸变、热形变以及振动等因素引起的锁相效应，这是NPLRG实现高精度的关键。本章还将讨论腔体模式、损耗、频率等影响陀螺性能的关键参数，并给出相应的理论分析模型。 第三章 非共面激光陀螺的腔体设计与优化 高质量的谐振腔是NPLRG性能的基石。本章将聚焦于非共面腔体的设计要素。详细介绍不同形状的非共面腔体（如三角形、四边形等）的几何参数对陀螺性能的影响。讨论腔体材料的选择，如低热膨胀系数的材料（如Zerodur、ULE玻璃）和高反射率的镜面镀膜技术。深入分析腔体光学元件（如反射镜、分束镜）的精度要求、表面质量、镀膜特性以及它们之间的精确对准技术。本章还将介绍有限元分析（FEA）等现代设计工具在优化腔体结构、分析热形变和机械应力方面的应用。 第四章 激光器核心技术与光束管理 激光器是NPLRG的能量源和信息载体。本章将探讨驱动NPLRG工作的激光器技术。详细介绍适用于NPLRG的激光介质（如He-Ne气体）的选择、激发方式（直流放电、射频激发）以及激光器的稳定性控制技术。重点讲解激光器的频率锁定、功率稳定以及偏振控制等关键技术。在光束管理方面，将深入分析激光束在非共面腔体内的传播路径、光斑大小、形状及其在各个光学元件上的能量损耗。讨论如何通过优化光学设计，实现光束的有效耦合、传输和探测。 第五章 锁相效应的机理与抑制技术 锁相效应是环形激光陀螺性能提升的最大障碍之一。本章将深入剖析锁相效应的物理根源，包括腔体缺陷、振动、温度变化、散射等因素如何导致两束反向传播的激光发生耦合，从而产生零点漂移。针对非共面腔体的优势，详细阐述其在抑制锁相效应方面的原理。在此基础上，进一步介绍多种主动和被动的锁相抑制技术，如微振动隔离、腔体主动补偿、电子补偿以及激励技术等，并对比分析不同抑制技术的优缺点及适用范围。 第六章 探测与信号处理技术 高灵敏度的探测和有效的信号处理是从微弱的激光信号中提取精确角速度信息的前提。本章将介绍NPLRG的信号探测原理。详细讲解光电探测器的类型、性能指标及其选择，如光电二极管、雪崩光电二极管等。重点阐述如何将腔内两束激光的频率差（即Sagnac频差）转化为可测量的电信号。深入分析信号采集、滤波、放大以及模数转换等过程。重点介绍用于提取Sagnac频差的各种信号处理算法，如零点补偿、温度补偿、标定算法、卡尔曼滤波等，并讨论如何通过先进的数字信号处理技术进一步提高陀螺的测量精度和稳定性。 第七章 非共面激光陀螺的制造与装配工艺 精密的制造与装配是实现NPLRG高性能的关键。本章将详细介绍NPLRG的制造流程与关键工艺。包括：高精度光学元件的加工（研磨、抛光、镀膜）、特殊材料的加工与处理、精密机械部件的制造、以及光学元件的键合与密封技术。重点讲解非共面腔体的精确装配与对准技术，强调对微米级甚至纳米级精度的要求。讨论在洁净环境下进行的装配过程，以及过程中可能遇到的挑战与解决方案。 第八章 非共面激光陀螺的测试与标定 为了评估和优化NPLRG的性能，精确的测试与标定至关重要。本章将系统介绍NPLRG的测试方法和标定技术。包括：零偏稳定性测试、比例系数一致性测试、分辨率测试、重复性测试、随机漂移测试、以及抗振动、抗冲击性能测试。详细介绍在标准转台上进行的标定流程，包括静态标定和动态标定。重点讲解如何利用高精度主参考陀螺（如光纤陀螺或原子陀螺）对NPLRG进行标定，以获取精确的比例系数和零偏模型。讨论标定数据的处理与分析，以及标定结果对实际应用性能的影响。 第九章 非共面激光陀螺的应用领域 非共面激光陀螺凭借其优异的性能，在多个关键领域展现出巨大的应用潜力。本章将聚焦于NPLRG在实际工程中的应用。详细介绍其在以下领域的应用： 航空航天领域： 飞机、直升机、无人机、导弹、火箭、卫星等飞行器的惯性导航系统（INS），提供高精度的姿态、速度和位置信息。特别是在高动态、长续航任务中，NPLRG的优势尤为突出。 国防军工领域： 战略导弹的制导系统、舰船的导航与稳定系统、陆地车辆的自主导航系统等，确保作战的精度与独立性。 高精度测量领域： 地震监测、大地测量、地理信息系统（GIS）的空间数据采集、遥感技术等，对高精度姿态和角速度测量有强烈需求的应用。 其他潜在应用： 机器人导航、自动驾驶车辆、工业自动化以及科学研究等领域。 本章将结合具体工程案例，分析NPLRG在不同应用场景下的性能需求，并阐述其如何满足这些需求，以及未来可能的发展趋势。 第十章 总结与展望 本章对全书内容进行总结，再次强调非共面激光陀螺作为一种先进的惯性传感器所具有的重要价值和技术优势。在此基础上，展望NPLRG未来的发展方向。包括：新材料、新工艺的应用，更先进的腔体设计，更高效的信号处理算法，以及与其他传感器的融合导航技术等。探讨NPLRG在 miniaturization（小型化）、low-cost（低成本化）以及智能化方面的发展潜力，以及其在未来科技发展中扮演的关键角色。 附录 相关术语解释 主要参考文献 常用计算公式与数据 《非共面激光陀螺：原理、设计与应用》一书，以其科学的系统性、内容的专业性、技术的先进性，必将成为相关领域研究人员和工程技术人员的宝贵参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名实在太吸引人了！“非共面激光陀螺”这个概念本身就充满了技术深度和前沿感，尤其是结合了“中航工业首席专家技术丛书”的标签，让人立刻联想到这是领域内顶尖的智慧结晶。我一直对高精度测量技术，特别是惯性导航系统非常感兴趣，而激光陀螺无疑是其中的佼佼者。这本书的出现，让我看到了深入了解这一尖端技术的绝佳机会。我特别期待书中能详细阐述非共面腔体相对于传统腔体在抑制散光、提高光束质量以及降低损耗方面的优势，以及这些优势是如何转化为更高的陀螺精度和更宽的工作范围的。同时，我也很好奇，在中航工业这样的背景下，这本书会如何结合实际应用需求，在书中引入一些可能来自航空航天领域解决实际问题的工程考量，比如如何克服环境变化对陀螺性能的影响，或者在极端条件下如何保证陀螺的可靠性。这本书的出现，简直是给我这个技术爱好者打开了一扇通往未知领域的大门，我迫不及待地想一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在光学工程领域摸爬滚打了多年的工程师，一直以来，对于激光陀螺的原理和技术细节都保持着高度的关注。当看到“中航工业首席专家技术丛书：非共面激光陀螺”这个书名时，我内心涌起一股强烈的求知欲。这本书的标题点出了“非共面”这一关键技术，这无疑是激光陀螺技术发展中的一个重要演进方向。我非常好奇书中是否会深入分析非共面腔体设计的具体几何形状、材料选择以及制造工艺上的挑战，以及这些因素是如何协同作用，最终实现高精度测量。此外，作为一本由中航工业专家撰写的技术丛书，我预感书中会对激光陀螺在航空航天领域的实际应用进行深入的探讨，例如其在飞行控制、姿态稳定以及导航定位等方面的具体实现和性能评估。我很期待书中能提供一些具体的案例分析，或者在理论推导的同时，辅以实际的实验数据和工程经验，这样对于我们这些在实际工作中需要解决具体问题的工程师来说，将具有极大的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对物理学，特别是光学和精密测量技术有着浓厚兴趣的学生。当我看到“中航工业首席专家技术丛书：非共面激光陀螺”这个书名时，我立刻被它所吸引。这个书名暗示着这本书将是一部关于激光陀螺领域前沿研究的权威著作，特别是“非共面”这一概念，让我对书中可能涉及的创新性技术和原理充满了期待。我希望书中能够详细地解释激光陀螺的基本工作原理，并在此基础上，深入探讨非共面腔体设计如何克服传统激光陀螺的一些局限性，例如提高Sagnac效应的利用率、抑制频率漂移等。我尤其好奇书中是否会包含相关的数学模型和理论推导，以及通过实验验证这些理论的案例。作为一名学生，我渴望能够从书中获得扎实的理论基础和对最新技术动态的深刻理解，为我未来的学术研究或职业发展打下坚实的基础。

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作为一名对前沿科学技术充满好奇的普通读者，我总是被那些听起来非常“高大上”的词汇所吸引。“非共面激光陀螺”听起来就充满了神秘感和未来感。我一直对那些能够精确测量运动和方向的设备感到着迷，而激光陀螺正是其中的代表。这本书的书名让我联想到，它可能会以一种相对通俗易懂的方式，向我这样的非专业读者解释激光陀螺的工作原理，特别是“非共面”这个概念是如何让它变得更厉害的。我希望书中能够描绘出这项技术是如何被发明和发展起来的，可能还会涉及一些相关的物理学原理，但最好是以一种能够激发兴趣而不是让人望而生畏的方式呈现。同时，“中航工业”这个词也让我觉得这本书可能不仅仅是理论上的探讨，可能还会涉及到一些实际的应用，比如这项技术是如何帮助飞机飞得更稳、更准的。我非常期待这本书能让我对这个高科技领域有一个初步的、有趣的认识。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在航空发动机研发领域工作的技术人员，虽然我的主要工作不是陀螺仪，但对于惯性导航系统中的核心部件，尤其是激光陀螺，我始终保持着密切关注。本书的书名“中航工业首席专家技术丛书：非共面激光陀螺”直接点明了其在高科技领域的权威性和专业性。我非常期待书中能够深入剖析“非共面”这一技术革新带来的具体优势，例如它如何有效地抑制误差源，提升系统的动态性能和稳定性。同时，我希望本书能够详细介绍不同类型的非共面腔体结构，以及它们在设计、制造和性能指标上的差异，并可能涉及到一些相关的材料科学和加工工艺方面的考量。鉴于本书的出版背景，我也非常希望能看到书中对非共面激光陀螺在航空航天领域的应用前景进行展望，包括其在新型飞行器、无人机系统以及空间探测等方面的潜在价值和技术挑战。