本课题建立了基于电磁感应原理的磁流体陀螺仪的数学模型和磁流体动力泵流体模型，提出了基于自相关小波阈值去噪算法的微弱信号提取方法。基于磁流体动力学原理，设计磁流体陀螺的机械结构。圆柱体外壳选用高磁导率的软磁材料，为永磁体形成闭合磁回路，同时构成流体通道的外壁。外壳内底部放置圆片状永磁体，上面用绝缘的密封套卡住，密封套构成流体通道下表面。磁流体陀螺信号处理电路实现较大的放大倍率及较宽频带的同时，重点要控制噪声避免其淹没有用信号。当输入角振动幅值很小时，磁流体陀螺前级传感器的输出只有几十μV，普通放大器噪声与1KHz频带内的白噪声足以淹没该输出信号，因此噪声控制是磁流体陀螺电路设计的关键。设计了传感器的低噪声前置放大电路，提出了基于自相关的小波阈值去噪算法，提高了信号提取系统的信噪比。搭建了磁流体陀螺仪样机的测试实验平台，包括转台、信号发生器、转台控制器、恒压源、数据采集卡、工作站和示波器等部分，并进行了相关测试实验。 建立了导电流体在矩形截面闭合通道内运动的模型，简化了磁流体陀螺仪的数学模型；分析了磁场分布和磁场非均匀性的产生原因及影响。当磁流体陀螺仪的输出与输入最好能够呈现线性对应关系时，具有最佳输出特性。 对磁流体径向流速曲线的可控性进行了研究，以实现磁场分布与磁流体径向流速分布的乘积呈现线性分布。通过磁导法求解在工作间隙时的磁感应强度值是基于永磁体提供的磁场是均匀的这一假设。然而实际情况中的圆柱片型永磁体提供的磁场并不如想象般均匀，而是在圆形表面呈现出中心磁感应强度较小而边缘处较大的形态。通过ANSYS电磁场分析中的二维仿真方法验证了磁导法的求解，并在磁路设计的过程中直接观察该方法能否保证垂直度和均匀度，并依此基础提出磁路的优化方案，进行迭代修改。最终设计完成并装配了单流体环磁流体陀螺仪样机。分析了磁流体动力泵的工作原理，研究了双流体环单泵结构的磁流体陀螺仪的机械结构、磁路结构和装配工艺。

现有陀螺仪存在单一性能较好，但综合性能不高的问题，而基于电磁感应原理的磁流体陀螺仪兼具高精度、宽频带、小型化等优异性能，并且对加工工艺要求相对较低。因此磁流体陀螺仪在卫星姿态测量等相关领域有着显著的优势，对该陀螺仪的研究具有重大战略意义。本项目基于磁流体动力学理论，研究基于电磁感应原理的磁流体陀螺仪传感数学模型，探索制约磁流体陀螺仪性能的因素，并在此基础上进一步探索优化其性能的方案，主要包括三个基础问题的研究：如何改善磁流体陀螺仪低频特性，扩展测量范围至1Hz以下；如何实现磁流体径向流速分布的可控性，从而实现磁流体陀螺仪的线性化；如何检测磁流体陀螺仪的微弱输出信号，避免后续处理电路对精度和频带的影响。本项目的研究成果将为高性能的磁流体陀螺仪的研制提供理论和技术基础。

高灵敏度的地球自转角速度测量在惯性导航、卫星定位、地球物理和基础物理等许多领域有着重要的作用。本项目意在通过对大型被动激光陀螺仪的研究，将地球自转的测量推进到新的灵敏度范围，发挥它在基础物理前沿和国家重大战略需求中的重要作用。本项目研究基于超稳激光的大型被动激光陀螺仪，其尺度稳定性由超稳激光控制。超稳激光的短稳锁定到一个超稳腔上，长稳锁定到由氢钟参考的飞秒光纤光梳上。通过计算表明，设计的大型被动激光陀螺仪可用于开展广义相对论的验证、万有引力常数G是否随时间变化等基础物理实验。我们计划搭建一个周长4 m，面积1 m^2的大型被动激光陀螺仪H-ring作为验证方案可行性的原理样机，灵敏度目标为5*10^(-10) rad/s/√Hz。

目前，气浮陀螺仪的研究中急需解决以下问题：一是开发新结构的气浮陀螺仪，以提高陀螺仪的性能、降低成本和工艺难度。另一方面，需要将近年来气体轴承的研究成果和研究方法，应用于气浮陀螺仪的研究中，完善润滑理论分析和计算，以提高气浮陀螺仪的承载性能、刚度和稳定性。另外，还需针对气浮陀螺仪干扰力矩进行理论分析和研究，以提高陀螺仪的漂移精度。具体来说：

在结构及节流方式方面传统技术有待改进

以往的研究对球形二自由度气浮陀螺仪的结构进行过多种尝试，但目前还存在很多问题，如何改进其结构和工作原理，提高该类陀螺仪的漂移精度和工艺可行性，是亟待解决的问题。目前应用的球形静压轴承多采用小孔节流,这种节流方式在工艺上容易实现,但气体干扰力矩大,对陀螺仪精度影响不容忽视；另外，其支承刚度不佳。采用狭缝节流的气体轴承，理论上即可提高支承刚度，又可较好的控制气体干扰力矩,因此在球形气浮陀螺仪上采用狭缝节流值得研究尝试。

对球形气浮轴承支承性能的研究尚存不足

伴随着新型结构轴承的出现，利用发展的计算机技术,用更精确的数值模型对新结构轴承进行精确的数值求解,一直都是一个重要的研究课题，这对保证陀螺仪良好的支承性能至关重要。

以往的研究中，针对轴颈和平面止推气体轴承的研究开展的很多也比较充分，但随着球形气浮陀螺仪、卫星气浮台、静平衡机等的发展，针对球形气体轴承承载性能的研究成为这类设备制造的关键。而卫星气浮台、静平衡机中应用的球形气浮轴承，工作在静态下，一般采用小孔节流局部承载静压轴承的型式，因此以往的研究仅涉及单孔或单列孔节流、局部承载面支承、静压润滑条件。

对气体干扰力矩的分析和求解研究欠缺

对气体干扰力矩研究，一直是气体润滑轴承研究的一个薄弱环节。对于高精度气浮台、静平衡机来说，气体干扰力矩的存在和控制是其制造和应用的难点，而对球形气浮陀螺仪来说,气体干扰力矩是其最主要干扰力矩之一，是影响其漂移精度的关键因素，因此对气体干扰力矩的研究无法回避,成为刻不容缓的任务。

气浮陀螺仪驱动技术有待改进

以往的自由转子气浮陀螺仪通常采用电场或磁场驱动和恒速装置，来驱动和控制转子的转速。而这会引入电磁干扰力矩,引起转子的漂移。这些干扰力矩的消除，需要额外的附属装置，且不容易保证效果 。