激光陀螺光强扫模曲线是陀螺稳频的依据，也是激光陀螺环形激光器振荡特性的基本表征，同时也是陀螺性能好坏的重要标志之一。通过引入新的参量——模高，描述光强扫模曲线的其他特征。光强扫模曲线模高是在腔长变化一个0.6328 μm条件下对应光强的最大变化量，是反映光强扫模曲线尖锐度的特征量，该特征量与陀螺稳频精度、稳频响应时间等物理量直接相关，模高越大，则对应的稳频精度就越高，稳频响应时间越短。通过对激光陀螺扫模过程中模高产生的物理机理进行理论分析，确定出了影响模高的主要因素。通过理论分析、数值仿真得出：采取增大球面镜曲率半径、增大腔长、降低损耗、增大增益等措施，可使激光陀螺光强扫模曲线的模高增大3倍以上，这对于提升稳频精度、缩短稳频响应时间、降低陀螺比例因子非线性度误差、提高激光陀螺快速稳定性等具有重要的指导意义和工程实用价值。

差分偏振损耗所导致的零偏直接影响四频差动激光陀螺性能。基于此,提出一种通过优化反射镜配置参数来有效减小差分偏振损耗的方法。基于琼斯矩阵,通过求解自洽方程,数值分析了四频差动激光陀螺反射镜参数及非共面折叠角对差分偏振损耗的影响,讨论确定了反射镜的较优参数配置。数值计算结果表明,反射镜反射相移对差分偏振损耗影响最为显著。当4个反射镜反射相移和为0且正负反射相移互相抵消时,差分偏振损耗为0,这对减小差分偏振损耗的工程化应用具有重要参考意义。

通过检测与计数电路可以将激光陀螺输出的光电信号进行放大、整形、鉴相, 输出与陀螺转角成正比的脉冲信号。由于激光陀螺输出的是微弱光电信号, 且检测电路存在散粒噪声和热噪声等干扰, 因此提高检测电路信噪比对保障计数电路功能正常来说至关重要。为提高检测电路信噪比, 需保证陀螺输出光功率尽可能大。根据激光器的功率输出公式推导计算了使陀螺输出光功率最大的反射镜最佳透射率, 并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明, 采用最佳透射率反射镜能够有效提高激光陀螺输出光功率。

通过提升谐振腔抗光路变形能力, 可以有效提高机械抖动激光陀螺的抗振动性能。对机械抖动激光陀螺振动中光路扭偏的产生机理进行了理论计算与仿真分析, 分析结果表明, 抖动切向惯性力和振动冲击惯性力是引起振动中光路扭偏的主要原因。通过振动中光路扭偏对振动性能影响的理论分析指出, 减小振动附加上去的朗缪尔零偏, 提高陀螺抗振性能的两大有效措施是减小工作电流和提高光路抗失谐能力。通过物理试验验证了振动中光路扭偏机理仿真分析的正确性。不同工作电流的振动对比试验表明, 降低工作电流可显著提高陀螺的振动性能, 这对于机抖激光陀螺振动特性的提升具有重要指导意义和工程实用价值。

腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件，减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论，提出了建立自洽方程的位置原则；提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法；形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法，分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理；提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。

为了提高环形激光陀螺(RLG)的空间环境适应性，提出了基于菲涅耳透镜的RLG 抗辐照读出方案。该方案采用菲涅耳透镜对RLG 输出的顺/逆时针光进行会聚，在其焦平面前方得到了条纹数不变、尺寸显著减小的干涉条纹。相比于采用普通凸透镜，基于菲涅耳透镜的读出系统在球差校正和安装便利性等方面更具优势。计算结果表明，该方案能将RLG 输出光斑尺寸降低到原水平的1%以下，显著降低了对光电管的尺寸要求，从而大幅减小了辐照对探测器的损伤，提高了RLG 的空间环境适应性。

零闭锁激光陀螺(ZLG)增益曲线不对称导致左、右旋陀螺的比例因子修正系数不相等，使得当陀螺稳频工作点与磁不敏感点存在频率差时，陀螺零偏对外界磁场变化敏感，降低了陀螺的精度并限制了使用环境。利用兰姆半经典理论分析计算了比例因子修正系数与增损比的关系，并得到了陀螺的磁不敏感点与放电电流的关系，从信号处理系统中排除放电电流变化对控制信号的影响，并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明，线性地改变陀螺放电电流，陀螺磁不敏感点位置会因增益曲线的增损比变化而发生相应线性改变，进而能够通过控制放电电流降低陀螺的磁灵敏度。

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点，介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求，对数字拍频解调的关键部件——低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率，使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计，并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明，所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB，满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求，并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。

为了提高四频差动激光陀螺的精度，对其左右旋模式光学解调分离方法进行了理论分析和实验研究。根据陀螺输出光偏振特性，分析了椭圆偏振误差对左、右旋模式光学解调分离的影响机理。定义了分离后左、右旋模式输出信噪比，对该影响进行了量化，信噪比越大对解调输出影响越小。基于仿真计算和实验验证，给出光学解调系统中偏振片安装角度与输出信噪比的关系，指出调节偏振片安装角度是一种工程上有效提高信噪比的方法，并提出一种新的偏振片角度选取的分离方法剔除法。与该陀螺研制初期的提取法获得的信噪比进行了对比，理论计算和实验结果一致表明，剔除法优于提取法。

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片(DSP)的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数(Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013),并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025°/h降到0.014°/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。