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环形激光陀螺零偏特性的研究
摘要：
本文主要探讨了环形激光陀螺（RingLaserGyro，简称RLG）的零偏特性及其对陀螺精度的影响。首先介绍了RLG的基本原理和结构，接着着重讨论了RLG在长时间稳定运行过程中的零偏特性，以及对其精度的影响。最后给出了一些关于如何减小或补偿零偏误差的方法。
关键词：环形激光陀螺、零偏特性、精度、误差补偿
一、RLG的基本原理及结构
环形激光陀螺是一种基于激光干涉技术的陀螺仪，其基本结构如图所示。
图1环形激光陀螺的基本结构
在环形激光陀螺中，有两束激光线经过一个由两个互相垂直的光学波导构成的封闭环道，激光在其中形成一定相位差的干涉条纹，从而形成一个加工好的光学多普勒频移环形腔。当陀螺仪绕其轴线旋转时，由于科里奥利力的作用，干涉条纹会发生移动，从而产生输出信号。通过对输出信号的处理，可以测量出环形激光陀螺绕其轴线旋转的角速度和角度。
二、RLG的零偏特性分析
在实际使用过程中，RLG的输出信号存在一个与旋转无关的常数偏移，称之为零偏（Bias）。由于零偏的存在，陀螺在静止状态下输出的信号不为零，这会对陀螺测量的精度产生影响。因此，减小或者补偿零偏误差是环形激光陀螺性能提高的一个重要突破点。
目前，环形激光陀螺的零偏误差主要包括两部分，一部分是由于环形光路非完全封闭和激光器的特性所引起的内禀零偏误差；另一部分是由于环境条件的影响所导致的外部干扰零偏误差。
（一）内禀零偏误差
环形激光陀螺的内禀零偏误差是由于功率不平衡、氦-氖的寿命以及激光谱纯净度等因素所引起的。尽管加强了陀螺仪光路到达封闭度和在激光器生长材料上提高了寿命晶体的制备工艺，但内禀零偏误差仍然是环形激光陀螺的重要误差源之一。内禀零偏误差是由于环路中的两束激光线的相位不匹配引起的。
（二）外部干扰零偏误差
环形激光陀螺的输出信号受到多种干扰因素的影响，这些干扰因素可能来自于磁场、温度、机械振动等多种因素。这些干扰因素会引起环形激光陀螺输出信号的固有偏差，从而影响陀螺的精度。因此，在设计和使用环形激光陀螺时，应该注意减少或者抵消这些干扰因素的影响。
三、减小或者补偿RLG的零偏误差方法
目前，减小或者补偿环形激光陀螺的零偏误差时，主要采取如下方法：
（一）光学抵消法
光学抵消法是一种通过调节相邻光程长度来将干涉条纹重新阻挡从而抵消环形激光陀螺内部不对称的方法。由于这种方法可以在静态及动态运动过程中消除环形激光陀螺的零偏误差，因此被广泛采用。
（二）噪声分析法
噪音分析法是运用统计模型对陀螺噪声特性进行分析及相应的数据滤波方法，对环形激光陀螺零偏误差的补偿有很好的效果。
（三）环境补偿法
环境补偿法主要是针对磁场、温度和机械振动等环境因素对环形激光陀螺的干扰进行补偿，从而使其零偏误差得到减小。不过，环境补偿法必须在适宜的磁场、温度和机械振动条件下生效。
（四）立体循环法
立体循环法主要利用了环形激光陀螺独特的结构特点，采用三个方向的光纤收发模块对激光进行采样，避免环形激光陀螺输出偏差的影响，提高陀螺的精度。
四、结论
在实际使用过程中，环形激光陀螺零偏误差会对陀螺仪的精度产生影响，因此，减小或者补偿零偏误差是环形激光陀螺性能提高的一个重要突破点。综述了目前常用的减小或者补偿环形激光陀螺零偏误差方法，包括光学抵消法、噪声分析法、环境补偿法以及立体循环法。这些方法都有各自的优劣，可以根据具体情况选择合适的方法。未来，我们应该继续探索新的减小或者补偿环形激光陀螺零偏误差的方法，从而进一步提高陀螺仪的精确度和稳定性。