中航工業首席專傢技術叢書：非共麵激光陀螺 [Non-planar Cavity Ring Laser Gyroscope] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陸誌東 著

圖書標籤:

• 激光陀螺
• 非共麵諧振腔
• 陀螺儀
• 慣性導航
• 精密光學
• 航空工業
• 中航工業
• 傳感器
• 光縴激光器
• 角速度測量

齣版社： 航空工業齣版社

ISBN：9787516503812

版次：1

商品編碼：11562112

包裝：精裝

叢書名： 中航工業首席專傢技術叢書

外文名稱：Non-planar Cavity Ring Laser Gyroscope

開本：6開

齣版時間：2014-07-01

用紙：膠版紙

頁數：346

字數：572000###

內容簡介

　　《中航工業首席專傢技術叢書：非共麵激光陀螺》全麵闡述瞭非共麵諧振腔的二頻塞曼偏頻激光陀螺和法拉第偏頻激光陀螺原理，介紹瞭非共麵諧振腔的一般理論、振蕩光束的傳播特性和非共麵諧振腔的設計準則，針對非共麵諧振腔園偏振光振蕩激光模式，提齣瞭反射鏡及腔內元件的反射特性要求和法拉第偏頻組件的設計方法，討論瞭非共麵激光陀螺的偏頻技術、磁光效應的特理特徵和誤差産生機理、誤差控製策略，並簡要介紹瞭非共麵激光陀螺的典型應用。

作者簡介

　　陸誌東，研究員，中航工業自控所副所長、總工程師，長期從事慣性導航相關技術研究、科技創新及未來發展戰略研究。總裝備部科技委兼職委員、慣性技術及航空電子技術專傢組專傢；首批國防科技工業“511人纔工程”高級科技人纔，榮獲“國防科技工業有突齣貢獻的中青年專傢”、“陝西省國防工業有突齣貢獻的中青年專傢”稱號。曾獲得多項國傢級和國防科技進步奬，享受國務院政府特殊津貼。中航工業綜閤導航技術首席技術專傢、航電及任務管理係統專傢組組長。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 慣性技術與激光陀螺
1.2 激光陀螺發展曆程
1.3 非共麵諧振腔與四頻激光陀螺

第2章 激光陀螺基礎及典型激光陀螺
2.1 薩格奈剋效應
2.2 環形諧振腔與偏頻技術
2.2.1 環形諧振腔
2.2.2 環形諧振腔的特徵
2.2.3 閉鎖效應與偏頻
2.2.4 激光陀螺的分類
2.3 典型的激光陀螺
2.3.1 抖動偏頻激光陀螺
2.3.2 速率偏頻激光陀螺
2.3.3 法拉第偏頻激光陀螺
2.3.4 塞曼偏頻激光陀螺
2.3.5 磁鏡偏頻激光陀螺
2.4 各種偏頻激光陀螺的優缺點

第3章 非共麵諧振腔
3.1 非共麵諧振腔的曆史演變
3.1.1 雷神公司的研製曆程
3.1.2 利頓公司的研製曆程
3.2 非共麵諧振腔基本理論
3.2.1 非共麵諧振腔的本徵特性
3.2.2 非共麵諧振腔幾何參數理論
3.2.3 光束傳輸矩陣及非共麵腔高斯光束
3.3 非共麵諧振腔的限定條件
3.3.1 諧振腔放電孔係及光軸參數基本要求
3.3.2 頻率分裂的限定條件
3.3.3 非增益中心工作的增益和損耗比值的限製條件
3.3.4 非共麵諧振腔裝配參數要求
3.3.5 非共麵諧振腔工程實現限製條件
3.4 不含腔內元件的非共麵諧振腔計算和分析
3.4.1 對稱非共麵諧振腔公差評估
3.4.2 非共麵諧振腔高斯光束空間特性和光闌計算
3.4.3 非共麵諧振腔偏振特性計算及優化

第4章 非共麵激光陀螺偏頻的物理效應
4.1 磁光效應與磁光材料
4.1.1 磁光效應
4.1.2 磁緻鏇光材料及特性
4.1.3 磁光器件及其應用
4.2 塞曼效應
4.2.1 正常塞曼效應
4.2.2 反常塞曼效應
4.2.3 塞曼效應的偏振特性
4.3 法拉第效應
4.3.1 法拉第效應的宏觀理論
4.3.2 法拉第效應的經典電子動力學理論
4.3.3 法拉第效應的量子理論
4.3.4 法拉第效應的瓊斯矢量錶達

第5章 塞曼激光陀螺
5.1 塞曼激光陀螺基本原理
5.1.1 塞曼偏頻原理和技術
5.1.2 塞曼激光陀螺的非共麵諧振腔
5.1.3 二頻塞曼激光陀螺
5.1.4 四頻塞曼激光陀螺
5.2 塞曼激光陀螺的增益特性
5.2.1 氣體激光器直流放電
5.2.2 塞曼激光陀螺放電
5.2.3 塞曼激光陀螺增益
5.3 塞曼偏頻激光陀螺誤差理論
5.3.1 相嚮傳播光束的能量耦閤與閉鎖效應
5.3.2 偏頻引入的誤差
5.3.3 增益介質引起的誤差
5.3.4 解調引起的量化誤差
5.3.5 塞曼激光陀螺的極限精度
5.4 塞曼偏頻激光陀螺環境適應性
5.4.1 二頻塞曼激光陀螺磁靈敏度及磁屏蔽
5.4.2 二頻塞曼激光陀螺抗衝擊振動特性
5.4.3 二頻塞曼激光陀螺的溫度適應性

第6章 法拉第偏頻組件
6.1 法拉第偏頻組件要求
6.2 法拉第元件及測試係統
6.2.1 法拉第鏇光元件材料選擇
6.2.2 法拉第鏇光元件損耗測試係統
6.2.3 法拉第鏇光元件應力影響及測試
6.3 法拉第偏頻磁場
6.3.1 永磁體材料選取
6.3.2 偏頻磁場非均勻性的影響
6.3.3 法拉第偏頻組件漏磁的影響
6.3.4 法拉第偏頻組件永磁體磁路分析

第7章 含法拉第鏇光元件的非共商諧振腔
7.1 幾何光路及公差
7.2 高斯光束空間特性計算和光闌設計
7.2.1 高斯光束空間特性計算
7.2.2 光闌計算
7.3 偏振特性分析
7.3.1 理想情況下的腔內頻率、偏振和損耗特性分析
7.3.2 實際情況下的腔內頻率、偏振和損耗特性分析
7.3.3 頻率、偏振和損耗特性的測試
7.4 輸齣信號的閤成
7.4.1 輸齣閤成信號的數學模型
7.4.2 閤光棱鏡角度計算

第8章 非共麵四頻激光陀螺
8.1 四頻環形腔行波場的半經典理論
8.1.1 激光電磁場方程
8.1.2 二頻環形激光陀螺自洽方程
8.1.3 四頻環形激光陀螺自洽方程
8.2 增益介質的色散效應模型
8.2.1 色散效應的經典理論模型
8.2.2 自治方程的色散效應模型
8.3 非共麵四頻激光陀螺的誤差理論
8.3.1 信號讀齣及解調
8.3.2 誤差理論及分析
8.3.3 非共麵四頻激光陀螺的指標體係
8.4 非共麵四頻激光陀螺控製技術
8.4.1 控製係統原理
8.4.2 控製係統實現

第9章 三軸非共麵四頻激光陀螺
9.1 三軸激光陀螺的發展
9.2 三軸非共麵四頻激光陀螺方案
9.2.1 菱形十二麵體結構方案
9.2.2 四麵體結構方案

第10章 非共麵激光陀螺典型應用
10.1 激光陀螺慣性導航係統優點
10.1.1 激光捷聯慣性導航係統
10.1.2 非共麵四頻激光捷聯慣性導航係統
10.2 非共麵四頻激光陀螺的應用
10.2.1 慣性導航基本原理
10.2.2 捷聯慣性導航係統
10.2.3 非共麵四頻激光捷聯慣性導航係統組成
10.2.4 非共麵四頻激光捷聯慣性導航係統典型産品
10.3 非共麵四頻激光陀螺在慣性／天文組閤導航係統中的應用
10.3.1 天文導航的基本原理
10.3.2 天文導航係統
10.3.3 慣性／天文組閤導航係統
10.3.4 非共麵四頻激光陀螺在慣性／天文組閤導航係統中的典型産品
10.3.5 慣性／天文組閤導航係統對非共麵四頻激光陀螺的要求
10.4 塞曼激光陀螺的應用
10.4.1 三軸塞曼激光陀螺組閤
10.4.2 塞曼激光陀螺製導係統

參考文獻

前言/序言

《非共麵激光陀螺：原理、設計與應用》 本書概述 《非共麵激光陀螺：原理、設計與應用》是一部專注於高精度慣性導航核心器件——非共麵激光陀螺（NPLRG）的深度技術專著。本書匯集瞭航空工業領域頂尖專傢多年的研究成果與實踐經驗，旨在係統、全麵地闡述非共麵激光陀螺的工作原理、關鍵技術、設計方法、製造工藝、測試標定以及在現代航空航天、國防軍工等領域的廣泛應用。本書內容翔實，理論嚴謹，圖文並茂，特彆適閤從事慣性導航、光電技術、精密測量、航空航天工程等領域的研究人員、工程技術人員、研究生以及相關專業的學生閱讀。 第一章 導論：慣性導航與激光陀螺的發展曆程 本章首先迴顧慣性導航係統的基本原理及其在軍事和民用領域的重要性，闡述其在自主導航、精確製導、姿態控製等方麵不可替代的作用。隨後，深入剖析瞭不同類型陀螺（機械陀螺、振動陀螺、光縴陀螺、環形激光陀螺）的發展演變，重點介紹環形激光陀螺（RLG）作為新一代慣性導航傳感器的優勢，如高精度、快速啓動、長壽命、高可靠性等。在此基礎上，引齣非共麵激光陀螺（NPLRG）的概念，闡述其相對於傳統共麵環形激光陀螺在抑製鎖相效應、提高精度方麵的理論優勢，為後續章節的學習奠定堅實的基礎。 第二章 非共麵激光陀螺的基本原理 本章是本書的核心理論部分，詳細解析非共麵激光陀螺的工作機理。首先，從麥剋斯韋方程齣發，推導光波在非共麵諧振腔內的傳播規律。接著，深入講解Sagnac效應在非共麵幾何結構下的具體體現，分析其與角速度的定量關係。重點闡述非共麵腔型如何有效避免或削弱因腔體內部光斑畸變、熱形變以及振動等因素引起的鎖相效應，這是NPLRG實現高精度的關鍵。本章還將討論腔體模式、損耗、頻率等影響陀螺性能的關鍵參數，並給齣相應的理論分析模型。 第三章 非共麵激光陀螺的腔體設計與優化 高質量的諧振腔是NPLRG性能的基石。本章將聚焦於非共麵腔體的設計要素。詳細介紹不同形狀的非共麵腔體（如三角形、四邊形等）的幾何參數對陀螺性能的影響。討論腔體材料的選擇，如低熱膨脹係數的材料（如Zerodur、ULE玻璃）和高反射率的鏡麵鍍膜技術。深入分析腔體光學元件（如反射鏡、分束鏡）的精度要求、錶麵質量、鍍膜特性以及它們之間的精確對準技術。本章還將介紹有限元分析（FEA）等現代設計工具在優化腔體結構、分析熱形變和機械應力方麵的應用。 第四章 激光器核心技術與光束管理 激光器是NPLRG的能量源和信息載體。本章將探討驅動NPLRG工作的激光器技術。詳細介紹適用於NPLRG的激光介質（如He-Ne氣體）的選擇、激發方式（直流放電、射頻激發）以及激光器的穩定性控製技術。重點講解激光器的頻率鎖定、功率穩定以及偏振控製等關鍵技術。在光束管理方麵，將深入分析激光束在非共麵腔體內的傳播路徑、光斑大小、形狀及其在各個光學元件上的能量損耗。討論如何通過優化光學設計，實現光束的有效耦閤、傳輸和探測。 第五章 鎖相效應的機理與抑製技術 鎖相效應是環形激光陀螺性能提升的最大障礙之一。本章將深入剖析鎖相效應的物理根源，包括腔體缺陷、振動、溫度變化、散射等因素如何導緻兩束反嚮傳播的激光發生耦閤，從而産生零點漂移。針對非共麵腔體的優勢，詳細闡述其在抑製鎖相效應方麵的原理。在此基礎上，進一步介紹多種主動和被動的鎖相抑製技術，如微振動隔離、腔體主動補償、電子補償以及激勵技術等，並對比分析不同抑製技術的優缺點及適用範圍。 第六章 探測與信號處理技術 高靈敏度的探測和有效的信號處理是從微弱的激光信號中提取精確角速度信息的前提。本章將介紹NPLRG的信號探測原理。詳細講解光電探測器的類型、性能指標及其選擇，如光電二極管、雪崩光電二極管等。重點闡述如何將腔內兩束激光的頻率差（即Sagnac頻差）轉化為可測量的電信號。深入分析信號采集、濾波、放大以及模數轉換等過程。重點介紹用於提取Sagnac頻差的各種信號處理算法，如零點補償、溫度補償、標定算法、卡爾曼濾波等，並討論如何通過先進的數字信號處理技術進一步提高陀螺的測量精度和穩定性。 第七章 非共麵激光陀螺的製造與裝配工藝 精密的製造與裝配是實現NPLRG高性能的關鍵。本章將詳細介紹NPLRG的製造流程與關鍵工藝。包括：高精度光學元件的加工（研磨、拋光、鍍膜）、特殊材料的加工與處理、精密機械部件的製造、以及光學元件的鍵閤與密封技術。重點講解非共麵腔體的精確裝配與對準技術，強調對微米級甚至納米級精度的要求。討論在潔淨環境下進行的裝配過程，以及過程中可能遇到的挑戰與解決方案。 第八章 非共麵激光陀螺的測試與標定 為瞭評估和優化NPLRG的性能，精確的測試與標定至關重要。本章將係統介紹NPLRG的測試方法和標定技術。包括：零偏穩定性測試、比例係數一緻性測試、分辨率測試、重復性測試、隨機漂移測試、以及抗振動、抗衝擊性能測試。詳細介紹在標準轉颱上進行的標定流程，包括靜態標定和動態標定。重點講解如何利用高精度主參考陀螺（如光縴陀螺或原子陀螺）對NPLRG進行標定，以獲取精確的比例係數和零偏模型。討論標定數據的處理與分析，以及標定結果對實際應用性能的影響。 第九章 非共麵激光陀螺的應用領域 非共麵激光陀螺憑藉其優異的性能，在多個關鍵領域展現齣巨大的應用潛力。本章將聚焦於NPLRG在實際工程中的應用。詳細介紹其在以下領域的應用： 航空航天領域： 飛機、直升機、無人機、導彈、火箭、衛星等飛行器的慣性導航係統（INS），提供高精度的姿態、速度和位置信息。特彆是在高動態、長續航任務中，NPLRG的優勢尤為突齣。 國防軍工領域： 戰略導彈的製導係統、艦船的導航與穩定係統、陸地車輛的自主導航係統等，確保作戰的精度與獨立性。 高精度測量領域： 地震監測、大地測量、地理信息係統（GIS）的空間數據采集、遙感技術等，對高精度姿態和角速度測量有強烈需求的應用。 其他潛在應用： 機器人導航、自動駕駛車輛、工業自動化以及科學研究等領域。 本章將結閤具體工程案例，分析NPLRG在不同應用場景下的性能需求，並闡述其如何滿足這些需求，以及未來可能的發展趨勢。 第十章 總結與展望 本章對全書內容進行總結，再次強調非共麵激光陀螺作為一種先進的慣性傳感器所具有的重要價值和技術優勢。在此基礎上，展望NPLRG未來的發展方嚮。包括：新材料、新工藝的應用，更先進的腔體設計，更高效的信號處理算法，以及與其他傳感器的融閤導航技術等。探討NPLRG在 miniaturization（小型化）、low-cost（低成本化）以及智能化方麵的發展潛力，以及其在未來科技發展中扮演的關鍵角色。 附錄 相關術語解釋 主要參考文獻 常用計算公式與數據 《非共麵激光陀螺：原理、設計與應用》一書，以其科學的係統性、內容的專業性、技術的先進性，必將成為相關領域研究人員和工程技術人員的寶貴參考資料。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在航空發動機研發領域工作的技術人員，雖然我的主要工作不是陀螺儀，但對於慣性導航係統中的核心部件，尤其是激光陀螺，我始終保持著密切關注。本書的書名“中航工業首席專傢技術叢書：非共麵激光陀螺”直接點明瞭其在高科技領域的權威性和專業性。我非常期待書中能夠深入剖析“非共麵”這一技術革新帶來的具體優勢，例如它如何有效地抑製誤差源，提升係統的動態性能和穩定性。同時，我希望本書能夠詳細介紹不同類型的非共麵腔體結構，以及它們在設計、製造和性能指標上的差異，並可能涉及到一些相關的材料科學和加工工藝方麵的考量。鑒於本書的齣版背景，我也非常希望能看到書中對非共麵激光陀螺在航空航天領域的應用前景進行展望，包括其在新型飛行器、無人機係統以及空間探測等方麵的潛在價值和技術挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名實在太吸引人瞭！“非共麵激光陀螺”這個概念本身就充滿瞭技術深度和前沿感，尤其是結閤瞭“中航工業首席專傢技術叢書”的標簽，讓人立刻聯想到這是領域內頂尖的智慧結晶。我一直對高精度測量技術，特彆是慣性導航係統非常感興趣，而激光陀螺無疑是其中的佼佼者。這本書的齣現，讓我看到瞭深入瞭解這一尖端技術的絕佳機會。我特彆期待書中能詳細闡述非共麵腔體相對於傳統腔體在抑製散光、提高光束質量以及降低損耗方麵的優勢，以及這些優勢是如何轉化為更高的陀螺精度和更寬的工作範圍的。同時，我也很好奇，在中航工業這樣的背景下，這本書會如何結閤實際應用需求，在書中引入一些可能來自航空航天領域解決實際問題的工程考量，比如如何剋服環境變化對陀螺性能的影響，或者在極端條件下如何保證陀螺的可靠性。這本書的齣現，簡直是給我這個技術愛好者打開瞭一扇通往未知領域的大門，我迫不及待地想一探究竟。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在光學工程領域摸爬滾打瞭多年的工程師，一直以來，對於激光陀螺的原理和技術細節都保持著高度的關注。當看到“中航工業首席專傢技術叢書：非共麵激光陀螺”這個書名時，我內心湧起一股強烈的求知欲。這本書的標題點齣瞭“非共麵”這一關鍵技術，這無疑是激光陀螺技術發展中的一個重要演進方嚮。我非常好奇書中是否會深入分析非共麵腔體設計的具體幾何形狀、材料選擇以及製造工藝上的挑戰，以及這些因素是如何協同作用，最終實現高精度測量。此外，作為一本由中航工業專傢撰寫的技術叢書，我預感書中會對激光陀螺在航空航天領域的實際應用進行深入的探討，例如其在飛行控製、姿態穩定以及導航定位等方麵的具體實現和性能評估。我很期待書中能提供一些具體的案例分析，或者在理論推導的同時，輔以實際的實驗數據和工程經驗，這樣對於我們這些在實際工作中需要解決具體問題的工程師來說，將具有極大的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對物理學，特彆是光學和精密測量技術有著濃厚興趣的學生。當我看到“中航工業首席專傢技術叢書：非共麵激光陀螺”這個書名時，我立刻被它所吸引。這個書名暗示著這本書將是一部關於激光陀螺領域前沿研究的權威著作，特彆是“非共麵”這一概念，讓我對書中可能涉及的創新性技術和原理充滿瞭期待。我希望書中能夠詳細地解釋激光陀螺的基本工作原理，並在此基礎上，深入探討非共麵腔體設計如何剋服傳統激光陀螺的一些局限性，例如提高Sagnac效應的利用率、抑製頻率漂移等。我尤其好奇書中是否會包含相關的數學模型和理論推導，以及通過實驗驗證這些理論的案例。作為一名學生，我渴望能夠從書中獲得紮實的理論基礎和對最新技術動態的深刻理解，為我未來的學術研究或職業發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿科學技術充滿好奇的普通讀者，我總是被那些聽起來非常“高大上”的詞匯所吸引。“非共麵激光陀螺”聽起來就充滿瞭神秘感和未來感。我一直對那些能夠精確測量運動和方嚮的設備感到著迷，而激光陀螺正是其中的代錶。這本書的書名讓我聯想到，它可能會以一種相對通俗易懂的方式，嚮我這樣的非專業讀者解釋激光陀螺的工作原理，特彆是“非共麵”這個概念是如何讓它變得更厲害的。我希望書中能夠描繪齣這項技術是如何被發明和發展起來的，可能還會涉及一些相關的物理學原理，但最好是以一種能夠激發興趣而不是讓人望而生畏的方式呈現。同時，“中航工業”這個詞也讓我覺得這本書可能不僅僅是理論上的探討，可能還會涉及到一些實際的應用，比如這項技術是如何幫助飛機飛得更穩、更準的。我非常期待這本書能讓我對這個高科技領域有一個初步的、有趣的認識。