惯性导航技术是特种行业最重要的技术之一，可以毫不夸张的说，惯性导航的发展水平直接影响了一个特种行业装备的先进性。随着成本的降低和需求的增长，其范围已由原来的舰艇、飞机、航天宇航、等领域，扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等领域，甚至在机器人、摄像机、无人机中也被广泛应用。

根据测算，我国惯性导航每年的市场规模约在160亿元左右。民用领域方面，主要集中在石油勘探、无人机、消费电子等领域，每年对于惯导需求年规模分别为16亿元、10亿元、15亿元。并且随着我特种行业的不断发展，我国惯性导航市场的规模有望继续增长。

惯性导航主要运用场景——无人艇

惯性导航主要运用场景——石油勘探

陀螺仪是惯性导航系统中最重要的部件,占据总成本的50%-90%,决定了惯导系统的整体性能。陀螺仪经过多年的发展，呈现出高精度、小型化、强可靠性的发展趋势，目前已发展到第四代陀螺仪技术--光纤陀螺仪，具有高耐性和高性价比的优势,单价在百万以下。

图2、不同类型陀螺仪的特性对比

光纤通信技术的发展和低损耗光纤的应用，用多匝光纤线圈代替光学环形谐振腔，并通过多次循环来增强萨格奈克效应成为可能。经过多年发展，光纤陀螺已成为惯性导航领域的主流仪表，它具有传统机电式陀螺和环形激光陀螺无法比拟的优点，概括起来主要有以下几点:

01、灵敏度高

由于光纤陀螺可以通过增加光纤环圈数的方法以增大光纤环路所包围的面积,增强了光纤环中的萨格奈克效应，使得萨格奈克相移检测的灵敏度大大提高。

02、全固态结构

与传统机电式陀螺相比，光纤陀螺的结构无任何转动部件和磨损部件，所有部件都是固定安装在陀螺的刚性骨架上，具有体积小、重量轻、寿命长、生产装配工艺简单的优点。

03、结构设计灵活

结构灵活是光纤陀螺的一个显著特点，它可以不用改变陀螺结构和电路部件，仅通过改变光纤的长度和光纤环的直径就可以适应不同动态范围和精度等级的要求，可以涵盖航空、航天、航海和陆地所有陀螺应用范围。

图3.国产厂家某型号精密光纤陀螺仪

目前，干涉型光纤陀螺仪大多数采用最小互易光路结构和闭环阶梯波调制方案，通过相位调制-解调技术实现角速度解调。干涉型光纤陀螺仪的基本工作原理与萨格奈克干涉仪相似，其基本结构包括光学系统和电路系统两部分。其中，光学部分主要有宽谱光源(SLD或SFS)、光纤耦合器、Y分支多功能集成光学芯片(Y波导相位调制器)、光纤环、光电探测器等模块，它们之间以全波导形式通过光纤相互连接：电路部分主要包含信号检测模块和DSP模块。

图4. 干涉型光纤陀螺仪结构

宽谱光源发射的光波被耦合器分解为两列光，其中的一列光波被输入到Y波导，途经Y波导调制后得到两列光波并满足相干条件，然后同时进入光纤回路之中，按照不同路径传输并敏感被测载体的角速度。探测器可以检测到干涉结果的强度增加或降低，通过对光电信号转换后，产生被作为Y波导控制信号的回路反馈电压值，使Y波导输出和Sagnac相移在大小上相等而在方向上相反的反馈相移，从而控制数字闭环FOG一直工作在与零位相移偏差较小的范围内，通过数据处理即可以获得待测角速度。

图5.环形光路系统中的Sagnac效应引起的传输相位差

作为高精度光纤陀螺仪中的重要组件，掺饵光纤宽带光源的性能优异程度，对于光纤陀螺仪测量精度的影响程度占据50%以上。光源对于光纤陀螺的影响是多方面的：Sagnac效应产生相移，进而产生干涉响应，而光源的光谱特性影响了光的干涉并产生干涉误差；并且光源的热敏感特性将对陀螺的热适应性产生重要影响。而光纤陀螺标度因数稳定性是决定光纤陀螺性能的重要质变，光源有以下性能指标会对陀螺性能产生影响：光谱不对称性；光源平均波长的稳定性；光源功率稳定性。

目前高精密度光纤陀螺中普遍采用1550 nm波段的掺饵光纤光源，但由于掺饵光纤的自然荧光谱在C波段呈现出“双驼峰”结构，影响了光纤陀螺的测量精度。因而，在制作掺饵宽带光纤光源时，应该对光源的荧光谱整形。

高斯型谱掺饵光纤光源与常用的平坦谱光源相比，由于其光谱对称性较好，因而谱稳定性受环境温度变化和泵浦功率波动的影响较小;同时，其自相干度更低、相干长度更短，能有效减小光纤陀螺的相位误差，因此它更适合应用在高精度光纤陀螺中。

图6. 亮点生产掺饵光纤宽带光源输出高斯型光谱

目前国内掺饵光纤宽带光源厂家生产量产的掺饵光纤宽带光源，普遍存在技术指标待提升、全国产化程度低、成本高等现状。针对以上痛点，亮点光电科技公司推出全国产化ASE光源产品，对技术指标做出提升，适应各种精度光纤陀螺仪对光源的要求，同时成本可控。亮点光电研制的光纤陀螺用ASE光源，全温范围功率稳定性优于3%，全温范围平均波长稳定性优于200ppm，并且已实现元器件全国产化。亮点光电研制的1560nm掺饵光纤光源已给国内光纤陀螺仪厂商和科研单位供货。

图7.亮点生产掺饵光纤宽带光源实物图

图8.光源-45℃~70℃范围内功率稳定性

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来源：亮点光电