比硬幣小，國產新一代激光陀螺儀專用芯片問世

　　陀螺儀是一種能夠精確確定運動物體方位的儀器，是在現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器。如今在自動駕駛、工業自動化、機器人、軌道交通等民用領域，激光陀螺儀也成為高精度測量和定位的重要傳感器。

　　近日，我國自主研發的新一代激光陀螺驅動系列功能芯片在湖南二零八先進科技有限公司（以下簡稱二零八公司）問世。

　　“相比行業內普遍應用的上一代激光陀螺驅動控制電路，這款激光陀螺驅動專用芯片降低了電路設計難度，大幅減小體積重量，實現了我國激光陀螺儀電路的低成本國產化。”二零八公司創始人盧廣鋒告訴《中國科學報》。

　　二零八公司成立于2019年，核心團隊來自于國內某激光陀螺研究所，曾在領域內深耕激光陀螺40余年，是國內為數不多通過自主研發實現激光陀螺批產的團隊。

新一代激光陀螺儀專用芯片 受訪者供圖

　　無可替代的重要傳感器

　　以激光陀螺儀為核心部件的導航系統是一種慣性導航系統。不同于大家耳熟能詳的GPS、北斗等衛星導航系統，慣性導航系統的出現比衛星導航系統早半個多世紀。

　　20世紀60年代，美國率先成功研制出激光陀螺儀，隨后在世界范圍內引發了一場導航領域的革命。在相當長的一段時間內，激光陀螺儀相關產品與技術一直被西方國家實施技術封鎖。

　　1994年，在國防科技大學光電科學與工程學院教授、中國工程院院士高伯龍的帶領下，我國研制出第一臺激光陀螺儀，成為全球第四個可獨立研制激光陀螺儀的國家。

　　“衛星導航系統可以實現與慣性系統的組合導航，進一步提高導航系統的精度，但卻不能完全替代慣性導航系統。”盧廣鋒表示，慣性導航系統不僅能夠提供位置信息，還能解析載體姿態信息，實現衛星導航系統無法實現的功能。由于慣性系統不需要任何外部信息源，可以在深海、深空等各種場景下隨時作業，并且能夠抵抗電子干擾，在GPS等衛星導航系統失效的情況下仍可保持工作。

　　低成本、高精度、小體積是慣性導航系統未來的發展趨勢，激光陀螺儀等慣性器件已成為無可替代的重要傳感器，其技術水平也是衡量一個國家工業技術發展水平的重要標志之一。

　　“剛開始創業的時候并沒有想好接下來要做什么，只是覺得自己還年輕有時間干一番事業。思考了好久后發現以激光陀螺儀為代表的高性能慣性器件技術壁壘較高，國內專門從事這一領域研發的企業并不多，我可以用自己的微薄之力為行業進步做出一些貢獻。”盧廣峰向記者介紹了自己創業的初衷。

　　降低成本，提高易用性

　　據悉，激光陀螺儀主要由控制電路和傳感器本體兩部分組成，其中，控制電路是激光陀螺儀的“大腦”，是激光陀螺儀性能與可靠性最為復雜的一部分，也是降成本和提高易用性的主要突破點之一。

　　盧廣鋒表示，上一代激光陀螺驅動控制電路采用分立器件形式，不僅體積大，而且需要生產商購買上百類零件自行組裝，造成統一標準缺失、集成度低、成本高等問題。

　　為彌補激光陀螺儀的上述缺陷，推動國產化器件普及，二零八公司的技術團隊在前期積累基礎上，用了兩年多時間，成功研制出新一代激光陀螺驅動系列功能芯片。

　　“該系列芯片由5枚獨立功能芯片組成，分別實現激光陀螺的高壓啟輝、高壓維持、精密穩流、抖動驅動、穩頻及鎖區優化功能。”盧廣鋒介紹，相比上一代激光陀螺驅動控制電路，專用系列芯片大大降低了電路設計的難度，體積減小三分之一，成本降低一半，進一步推動了激光陀螺儀的低成本國產化，為進一步拓展應用打開了空間。

　　談及主要技術難點，盧廣鋒表示，不同于數字信號處理芯片，激光陀螺儀專用芯片是模擬信號的處理芯片，其中包含了最高3千伏的多路高壓發生電路、納安級的電流穩定電路等，每個模塊功能不同，內部結構也大不相同，不僅開發難度比較大，研發成本也比較高。

　　“我們在整個開發的過程中經過了多次的設計和仿真、試驗和改版，在反復設計迭代中不斷優化能有了今天的結果。”盧廣鋒說，“芯片的研制成果與國內制造技術的進步有關，與產業鏈的配套成熟度有關，也與我們的一些最新設計方案突破有關，這些因素缺一不可。”

　　拓展民用領域應用市場

　　成立以來，二零八公司已經實現新一代激光陀螺儀、半球諧振陀螺儀，及高精度加速度計的技術研發、工程化和批量生產。2020年，二零八公司自主研發的2.5米大型激光陀螺儀原型機建造成功并實現閉環運轉，填補了我國在大型激光陀螺建造領域的空白。

　　“激光陀螺儀是目前各型陀螺儀中綜合指標較好的一款陀螺儀。相比可以對標的光纖陀螺儀，激光陀螺儀在多項關鍵指標上具備較大優勢。”盧廣鋒指出，在解決價格過高、易用性較低兩方面問題后，民用領域的應用有望得到拓展。

　　當前，在軌道交通領域，高精密的高鐵軌道檢測市場需求正在逐步打開；在工業自動化領域，激光陀螺儀逐步開始應用于盾構機、石油鉆井等。此外，隨著微小型高集成度激光陀螺推出，成本的進一步降低讓激光陀螺儀有望成為車載傳感器之一，為無人駕駛汽車提供GPS缺失時的位置和姿態信息、與激光雷達進一步結合應用，為這個領域提供新的解決方案和控制策略。

　　然而，國內激光陀螺儀由于起步較晚，與光纖陀螺儀出現時差短，以及自身產能問題，加之技術門檻高、定價高以及易用性較差等原因，這些年來的市場應用一直沒能大規模展開。

　　目前行業內對激光陀螺儀仍存在著傳統認知和偏見使其市場推廣面臨挑戰。盧廣鋒坦言：“雖然我們在技術方面已經達到了領先水平，但要贏得市場認可還需要有一個過程，這正是創業的魅力所在。”