为了得到更高分辨率的对地观测图像，就得获得比现阶段更高精度的卫星姿态，因此必须解决卫星高频抖动的测量与处理问题。四频差动激光陀螺具有测量卫星高频抖动和低频抖动的全频带测量能力。结合星敏感器测量精度高的优点，提出了四频差动激光陀螺与星敏感器的联合定姿方案。推导了联合定姿方案中的卡尔曼滤波模型，并使用该模型，对四频差动激光陀螺和星敏感器测量的数据进行融合滤波。仿真结果表明，该联合定姿方案实现了宽频带的卫星微振动测量，从而能获得更高精度的卫星姿态。

为了在四频差动激光陀螺腔中得到理想的圆偏振光，采用摄动法分析了偏振度随谐振腔参量的变化规律。对平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性以及水晶片的旋光角和线双折射。对非平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性和异面旋光角。以理想谐振腔的琼斯矩阵为0阶近似，推导了近似到1阶的微扰琼斯矩阵，采用矩阵本征问题的摄动法求出了本征矢量的1阶摄动解，从而可求出光场的偏振度。以旋光90°为例讨论了光场偏振度随反射镜各向异性的变化规律。当偏振度小于0.05时，摄动法求出的解析式与严格数值解在较高的精度上一致。非平面腔四频差动激光陀螺腔内光场偏振度随各反射镜各向异性的变化规律不同于平面腔的情况。该结果对四频差动激光陀螺腔的优化设计具有一定的指导作用。

为了降低四频差动激光陀螺（FMDLG）零偏对外界因素影响的敏感性，采用了最佳工作点实时控制技术。该技术使用色散平衡和稳频偏置的方法，对增益区磁场和失谐频率进行小幅度正弦调制，在FMDLG输出零偏中解调出误差信号，经负反馈控制回路使FMDLG在对外界干扰敏感性最小的唯一最佳工作点下工作。与仅使用光强差进行稳频的传统方法相比，最佳工作点控制技术大大降低了FMDLG的磁敏感度和零偏稳定性，证实了FMDLG最佳工作点实时控制技术的有效性；静态、动态测试实验结果证明了该技术的正确性。

为了减小四频差动激光陀螺(FMDLG)对外界干扰的敏感性，设计了自适应程长控制系统使之工作于最佳工作点。对FMDLG的程长进行小抖动正弦调制，利用相敏检波技术从光强中提取调制信号的基波和二次谐波幅度。上述两个信号和光强一起用来实现自适应程长控制，它包括自动增益控制、自动调制幅度控制和程长控制3个环路。实验表明，自适应控制可有效消除光学和电子元件参量以及光强变化对控制系统的影响，而且可使FMDLG稳定地工作在最佳工作点上，从而降低其磁灵敏度。

介绍了国外四频差动激光陀螺（FMDLG）的发展历程和应用现状。通过对FMDLG相关研究资料的调研，归纳了提高FMDLG性能的关键，包括基础理论的研究、基础工艺的提高、腔体的优化设计、电子系统设计和误差补偿技术。概述了国内的FMDLG研制历史和现状，结合自身研制经历，给出了FMDLG需要解决的若干问题。

为了解决光强差稳频系统易受光电元件参量影响的问题, 设计了一套用于异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频系统。采用高频放大和幅度检波电路检出四频差动激光陀螺顺时针(或逆时针)输出光束的拍频幅度, 然后用模数转换器采集到数字信号处理器(DSP)内。四频差动激光陀螺正常工作时拍频幅度取极大值, 因此可通过对腔长进行小抖动调制实现稳频。利用DSP设计了一套数字式稳频系统, 1 s取样的稳频精度为2×10-9, 更重要的是稳频点不受光电元件参量变化的影响。设计的小抖动稳频电路精度高、通用性好, 对提高四频差动激光陀螺适应恶劣环境的能力有一定的价值。

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统，采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1/4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案，设计了主要由A/D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus II等EDA工具在软件上对系统予以了实现，并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明，将四频陀螺信号转化为数字信号后，利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的，该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。

提出了可用于四频差动激光陀螺法拉第室的永磁体双磁环结构，用以产生较强且均匀的轴向磁场。推导了永磁体磁环轴线上磁场分布的解析式，理论并实验证明了该解析式的正确性。引入磁场均匀度概念，提出了类亥姆霍兹线圈的双磁环结构，模拟了磁环间距对磁场分布的影响，数值计算了不同均匀度下双磁环结构的磁场分布特征。在此基础上，针对四频差动激光陀螺法拉第室的要求，给出了适用的设计方案。

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2 Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。