CN1145664A

CN1145664A - 模块式激光陀螺

Info

Publication number: CN1145664A
Application number: CN94194915A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·E·基尔帕特里克; 达莱·F·伯恩特
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1997-03-19
Also published as: AU1213995A; BR9408186A; IL111820A0; AU699978B2; WO1995014906A2; EP0733196A1; JPH09505668A; NO962183D0; WO1995014906A3; KR960706629A; NO962183L; US6208414B1; CA2176752A1

Abstract

一种模块式激光陀螺，它有一个激光陀螺和一个数字控制处理器协同地工作。数字控制处理器安全并快速地起动激光陀螺。微处理器还执行对陀螺的检测，并提供工作是否正常的信号。可以执行任选的起动操作，其中包括每个模式的电压的标定和系统构形。可以向一个惯性导航系统提供各种信息，这包括陀螺参数安装指令、陀螺状态指令、和陀螺标定及诊断指令。一个高压起动电路包括一个高压起动模块和一个高压脉冲发生设备。高压起动电路是含在模块式激光陀螺的外壳内的。一个驱动抖动电机的直接数字抖动驱动器控制陀螺的抖动，以防止激束的锁定。一个抖动剥除器控制器控制抖动信号剥除。一个偏置漂移率改变进系统以及一个随机漂移率改进系统减小了误差。一个寿命预测机构和一个存储了最坏情形下的性能参数的存储器模块协同工作，通过与预定的失效判据相比较而对这些参数作出评估。一个主动电流控制装置控制激光发射电流，以延长寿命和增强性能。一个单变压器电源向该模块式陀螺供电。

Description

模块式激光陀螺

本发明一般地涉及激光陀螺，较具体地涉及一种模块式激光陀螺。

相关的申请

下列已授权的美国专利和美国专利申请与本申请相关，这些专利是授权给与本申请相同的受让人的。

美国专利NO.5,225,889，“Laser Gyro Direct Dither Drive(激光陀螺的直接抖动驱动)”，1993年7月6日授权。

美国专利申请，流水号07/931,941，标题“Laser Gyro Microprocessor Start Up Control(激光陀螺的微处理器起动控制)”，1992年8月18日递交。国际申请号PCT/ US93/07777。

美国专利申请流水号07/922,612，标题“Laser GyroMicroprocessor Configuration and Control(激光陀螺的微处理器构形和控制)”，1992年7月17日递交，国际申请号NO.PCT/US93/06686。

美国专利申请流水号08/134,368，标题“Laser GyroMicroprocessor Based Smart Mode Aquisition and High Performance ModeHopping(基于激光陀螺微处理器的智能模式获取和高性能模式跳变)”，1993年10月1日递交。国际申请号PCT/US94/11009。

美国专利申请流水号07/805,122，标题“Laser GyroDither Stripper(激光陀螺的抖动剥除器)”，1991年12月11日递交。国际申请号PCT/US93/02697。

美国专利申请流水号08/009,165，标题“Laser GyroSingle Transformer Power Supply(激光陀螺的单一变压器电源)”，1993年1月26日递交。国际申请号PCT/US94/00946。

美国专利申请流水号07/936,155，标题“Laser GyroHigh Voltage start Module and HighVoltage(激光陀螺的高压起动模块和高压)”，1992年8月27日递交。国际申请号PCT/US93/08083。本发明的背景

环形激光角速度传感器也叫做激光陀螺，它在本技术领域内是周知的。目前，环形激光角速度传感器包含一个在温度上和机械上都稳定的模块，它有多个组成腔以包围一个空隙。在各个腔的两端设置了反射镜，用来反射激光束并提供一个闭合的光学环路。

激光陀螺的各种子系统在起动时的活动可以有一些分路，以利于激光反射镜和其他系统部件的寿命。在给定了各个子系统的起动限制时，需要有一种方法来在起动时协调各个子系统。

利用微处理器来控制的激光陀螺需要与外部系统进行关于惯性导航信息，控制信息，测试信息和状态信息的通信。在激光陀螺中加入微处理器使得可以实现一些新的功能，例如，提供自主控制功能和自我测试以及自我标定、自我诊断等。这种新的功能要求发送和接收广谱的(各种类型的)数据，其中一些数据的产生频率是很高的。

因此本发明的另一个动机是提供一种具有改进的通信和控制的方法和设备的模块式激光陀螺。

以往技术中用于激光陀螺的高压电源使用了一个大的外部电源2500VDC(伏直流)，该外部电源需要通过一个高压馈输连接器把高电压馈输到激光陀螺外壳内部。外部的高电压还需要特殊的电缆和屏蔽：这种高压馈输是昂贵的。这种高压馈输连接器在仍然要保持激光陀螺外壳的密封性时也是难以制作的。现有的高压塑料密封最多只可以保持10^-6乇的真空度。相反地，比较价廉的低压连接器可以保持10^-9乇的密封性。

因此，本发明的另一个动机是提供一种配备有可以利用价廉的密封连接器的电源线的模块式激光陀螺。

与这种传感器相关的一种不希望出现的现象叫做锁定，在以往技术中对此已经认识到了一段时间。在以往技术中，当使这种传感器转动振荡或抖动时涉及到了该锁定现象。典型的情形下转动振荡是由一个抖动电机产生的。以往技术的抖动电机通常是一个悬挂系统，该悬挂系统例如包括一个外轮圈、一个中央轴单元、以及多个抖动电机辐条，这些辐条从中央轴单元辐射状地伸出，连接在中央轴单元和外轮圈之间。一般，有一组用作驱动器的压电元件连接在悬挂系统上。当通过向压电元件施加电信号而驱动时，该悬挂系统就作为一个拌动电机而工作，使传感器模块以悬挂系统的自然机械共振频率发生转动振荡。该抖动运动叠加在传感器在惯性空间中的惯性转动上。以往技术有各种方法来恢复不带抖动效果的惯性转动。

因此，本发明的另一个动机是提供一种配备有改进的抖动驱动和抖动剥除器的模块式激光陀螺，其中的抖动剥除器从陀螺输出中除去(剥除)抖动运动。

保持恒定光路长度的一种技术是，探测环形激光器的一个或两个激光束的强度并控制光路长度使得一个或两个光束的强度达到最大(见美国专利NO.4,152,071)。用来控制环形激光器的光路长度的光路长度换能器在有技术领域是周知的(见美国专利3,581,227)。

光束强度或者是可以直接探测，或者可以所谓的双光束信号中导出(见美国专利NO.4,320,974)。

这里，“模式”被定义为激光束的一个波长的等价物。对于氦氖激光器，一个模式等于0.6328微米，也即等于24.91微英寸。

在以往技术的光路长度控制系统中，光路长度控制器找出这样的反射镜位置，使得激光多边形的光路长度，也即环形激光器的光路长度等于所希望模式或频率的波长的整数倍，其中的模式或频率是由激光气体的一条光谱线来表明的。在正确的设计下，光路长度控制器迫使激光束所经过的光路长度具有一个能够使激光束达到最大功率的值。

正如也是在本技术领域中所周知的，环形激光陀螺受到小的偏置漂移误差和叫做随机漂移的噪声的影响。如果环形激光陀螺需要工作极长的时间，则这两种误差都可能会造成严重的不精确性。

现在参见图50，那里示出了美尼苏达州美尼安普勒斯市的赫尼威尔公司(Honeywell Inc.of Minneapolis，Minnesota)所做的实验结果，该结果暗示存在着周期性的环形激光陀螺偏置漂移。典型的偏置幅度变化(图50的20C)是环绕一个平均值(图50的直线21A)有大约±0.01°/小时的变化。观察到了如曲线22B所示的相对于反射镜位置(图50中的Z轴19)有正弦形性质的偏置辐度变化。图50示出了偏置幅度变化曲线22B与单光束信号(SBS)曲线24B的关系。该单光束信号曲线24B是从激光强度监视信号中的AC(交流)成分的幅度中导出的。如幅度曲线26B所示，实验发现偏置和单光束信号(SBS)曲线24B有90°的相位差，但它们的变化周期相同。典型地，对应于SBS信号曲线24B的极小值或极大值，平均偏置线相交于BIAS(偏置)正弦曲线22B的点25和27上。

在两个反射镜13和15的一个运动周期内偏置曲线22B呈现正弦形变化。一个运动周期等价于两个波长。即使反射镜在运动，但该系统保持着激光陀螺10中恒定的激光光路16，如图1A所示。

图50的关系曲线意味着，当一个反射镜向“外”运动了一个波长而另一个反射镜向“内”运动了一个波长，总共产生两个波长的变化时，模块式激光陀螺10中的偏置改变了一个完整的周期，理想地，当反射镜从一个平均偏置点25移向一个负的最大偏置点26B，再通过平均偏置点27移向最大偏置点28B，然后又回到平均偏置点5629时，偏置将均匀地变化。熟悉本技术领域的人们将得益于这个新的发现而认识到，偏置曲线22B在从点25到点5629的一个曲线周期上相对于平均偏置线21A的积分值为零，这意味着在整个周期上的总偏置是由线21A所表示的平均偏置。

十分希望知道的是惯性导航系统的各个元部件将在什么时候失效。根据在特定温度下的MS前的模块式激光陀螺的性能数据来进行寿命预测是可能的。寿命预测可以用来估计一个装置什么时候需要进行常规维护的维修。预测模块式激光陀螺寿命的能力使得模块式激光陀螺的维修可以在最希望的时间，例如在夜间或者在计划的维修时间上来进行。

预测寿命的能力是基于代表模块式激光陀螺的输出功率和一个导出参数的实验和理论数据来获得的，该导出参数是每个模式的电压(伏特数)，它是温度和工作时间的函数。典型地说，模块式激光陀螺工作的时间愈长，则激光功率的输出愈小。即使该功率输出随着时间缓慢地减小，经过了一段工作时间后激光功率输出也会减小到低于一个被认为是可接受的水平。激光功率输出的这个可接受的水平是在制造模块式激光陀螺时确定的，此外，还知道在一个给定的温度范围内，模块式激光陀螺的功率输出可能会有起伏。因此，希望在一个特定的老化时间点上和一个特定的温度范围内监测最小功率。

因此，本发明的另一个动机是提供一种高度可靠的方法，以根据表征模块式激光陀螺的某些性能参数的历史数据来确定模块式激光陀螺在什么时候可能失效。

在操作一个模块式激光陀螺时，重要的是要保持激光陀螺每一臂的阳极和阴极之间的激光束电流落在一个所希望的工作范围内，例如从约0.15MA到约1.0MA。在以往技术中，使用了一些叫做镇流电阻的大电阻来保持等离子体稳定在所希望的电流范围内。不幸的是，这种镇流电阻往往需要十分大，造成了大量的功率浪费。而且，还必须从一组可供选择的镇流电阻中对每个模块式激光陀螺分别选出适当的镇流电阻。对于每个模块式激光陀螺的这种选择或定标造成了较大的生产成本和较不可靠的电流控制。此外，为了得到高性能的模块式激光陀螺，以往技术的电流控制电路需要高电压和宽频带的电路。

本发明的另一个动机是通过提供一种主动式的电流控制设备来克服这些以往技术的缺点，该设备不需要选择镇流电阻，而是利用一般的主动元件和中等性能的运算放大器，来得到在所希望电流的整个工作范围内都不会出现等离子体振荡的高性能模块式激光陀螺。此外，通过使用基于微处理器的控制器，本发明的主动电流控制设备在模块式激光陀螺的应用中保持了高的精度和可靠度。

以往技术的模块式激光陀螺电源至少要配备4个大的外部电源变压器。这些变压器包括一个2500VDC(伏直流)的起动变压器，一个750VDC的运行变压器，一个抖动变压器，以及一个330VDC的PLC(光路长度控制器)变压器。

环形模块式激光陀螺的一个组成部分是激光束源或发生器。有一种类型的激光束发生器包括一些电极、一个放电腔以及多个确定了一个闭合光路的反射镜。光路通常是三角形的，但也可以使用其他的光路，如矩形光路。

目前的环形模块式激光陀螺采用一个充有气体的气体放电腔，该气体因被在电极之间流过的电流电离并形成等离子体而受到激发，如熟悉有技术领域的人们所了解的，电离的气体发生了分布反转，从而造成了光子的发射，在氦氖气体的情形中，这将产生作为等离子体标志的一种可见光。如果气体放电腔与多个反射镜之间的相对位置恰当，则被激发的气体将造成沿着由反射镜所确定的闭合环形光路的两束方向相反的激光束。

在一些模块式激光陀螺的实施例中，一个单一的构体提供了含有闭合环形光路的气体放电腔。在美国就示出了这样一个系统(见美国专利NO.3,390,606)。在充有气体的光学腔中，借助于在至少一个阳极和至少一个阴极之间的气体中流动的电流而产生了气体放电，这两个电极都与充气体的光学腔有联系。

应该指出，以往技术的环形模块式激光陀螺经常含有一对阳极和一个阴极，它们产生了两个沿相反方向流动的电流。每个放电电流都在气体中产生了等离子体。每个电流都是通过在一个阳极和一个阴极之间施加足够大小的电位差而建立的。或者，RLG(环形模块式激光陀螺)也可以有两个阴极和一个阳极。

RLG的多种外部因素和内部因素都可以影响光束强度。温度是一个外部因素。腔参数的变化是内部因素的一个例子。在以往技术中，RLG通常在基本上恒定的功率或恒定的电流输入下工作的，由于外部或内部因素的原因，这将造成变化的光束强度。工作电流大小的选择原则是在规定的外部条件和内部条件的范围之内，该大小能够产生具有适合于满意工作的强度的光束。然而，已经肯定，阴极的使用寿命是必要的电流大小的函数；该大小愈大，测阴极的使用寿命愈短。为了在所有条件下都能产生适合于满意工作的光束强度，各种内部和外部因素使得RLG在其工作寿命中的一部分时间内工作于高于必要电流强度的状态，从而缩短了RLG的工作寿命。

十分希望模块式激光陀螺能够进行自我检测，以让惯性导航系统能利用该模块式激光陀螺来评估其可靠性和功能性。

在以往技术的设计中，起动光路长度控制是借助于电压发送器的一个预置点，利用电压扫描来完成的。所希望的预置点是在制作激光陀螺时确定的。以往技术的激光陀螺难以对两个普通的效应进行调整，这两个效应是温度起伏和由于老化而造成的系统响应起伏。因此，应该提供一个动态补偿机构，以获得特定的激光模式、计算每个模式的电压(即改变到相邻模式所需的电压)和改变激光模式。本发明的概述

本发明提供一种模块式激光陀螺。该模块式激光陀螺包括一个带有一个第一阳极、一个第二阳极和一个阴极的陀螺模块，该模块在一个微控制器的控制之下受到主动的电流控制。该陀螺模块还含有一个温度传感器、一个抖动发生器、一个抖动驱动器、一个光路长度控制发生器，以及一个光路长度控制探测器。该模块还有能提供读出惯性导航信号中的逻辑的光电二极管。该模块式陀螺所用的微控制器含有：一个第一脉宽调制器、一个第二脉宽调制器、一个A/D(模/数)转换器、一个带有检测功能的微处理器、一个高速异步接收发送机、和一个查找表。光路长度控制设备提供一个光路长度控制探测器，它从光路长度控制发生器接收控制信息，光路长度控制器与微控制器和一个数字逻辑设备通信。数字逻辑设备被提供一个脉冲以获得抖动发生器数据。数字逻辑设备，读出器和微控制器向外部系统提供惯性导航数据，被提供的数据还有激光强度监视信息、读出强度监视信息、模块温度、和其他检测数据。微控制器上备有采样脉冲以连接模块式陀螺和一个外部惯性导航系统。该模块式陀螺含有一个高压起动装置，并由单变压器电源供电。

本发明还提供与一种起动方法相结合的模块式激光陀螺。在该模块式激光陀螺中，抖动驱动、激光放电、主动式电流控制电路、光路长度控制电路，BDI驱动电路、抖动剥除电路和陀螺的内部检测等所有这些都必须初始化。该模块式激光陀螺的各种功能都在微控制器的控制之下起动。微控制器保证了具有正确定时的适当的起动程序，这又保证了模块式陀螺的快速起动。

本发明还提供了一种模块式激光陀螺的构形和控制机构，后者采用了其上的一个带有高速通用异步接收发送机(UART)的微控制器，该UART通过一个发送线和一个接收线与外部系统通信。微处理器通过一组预定的寄存器进行通信，寄存器的结构保证了高速数据通信。微处理器送出一个指令信息以及惯性导航数据和状态数据。外部系统通过类似的机制与模块式激光陀螺通信。模块式激光陀螺含有一个永久性的专用存储器模块，存储起动和工作时的陀螺操作数据。

本发明提供一种模块式激光陀螺高压起动电路，它含有一个高压脉冲发生器和高压模块，后者可用带有廉价密封连接器的+5VDC和+15VDC的低压外部陀螺电源供电。高压脉冲发生器把60kHz的5V脉冲放大，给出占空比约为50％的280V脉冲输出。两个小的镇流电阻和一个并联的8倍压电压倍增器给出至少为2500VDC的输出。高压起动电路放置在模块式激光陀螺的一个比第一容室小的第二容室内。

本发明还提供一个用于模块式激光陀螺的直接数字抖动驱动设备。本发明的直接数字驱动设备包括一个低通滤波器、一个高通滤波器、一个用来提供滤波信号的输出端和一个连接在脉宽调制数字驱动信号上的输入端。直接数字驱动器还包括一个放大器，用来放大从低通滤波器输出的滤波信号，该放大器的输入端连接在低通放大器的输出上，并且，放大器的输出端连接了一个用来根据放大信号来驱动抖动电机的装置；其中的驱动装置含有一个主动提升装置，后者又含有一个用来提供死区工作特性的装置，以基本上除去电源信号上的电流毛刺，并提供一个低功耗的高效率驱动器。

本发明还提供了一种用于模块式激光陀螺的模块式激光陀螺抖动剥除设备。本发明的抖动剥除设备包括一个基于微控制器的剥除设备，它从一个抖动发生器探测抖动模拟信号。该抖动模拟信号被转换成数字形式，并被一个利用微控制器调整信号增益的闭环系统补偿。抖动信号被与一个值相比较，由此产生一个误差信号。然后从激光读出信号中减去抖动信号，以提供惯性导航信息的剥除了抖动的读出信号。剥除信号被进一步处理以完成本发明的闭环增益控制功能。

本发明还提供了对模块式激光陀螺的偏置漂移改进，该改进利用了模块式激光陀螺中激光偏置漂移的固有的周期性质。微处理器控制一个光路长度控制电路，后者连续地调整光路长度控制反射镜的位置。本发明通过迫使模块式激光陀螺工作于变化的光程长度控制位置来改进偏置漂移。每个位置有一个变化的偏置，它在两个激光模式上呈现出周期性。通过使激光系统工作在两个激光模式上，模块式激光陀螺的周期性偏置误差就随着时间而抵消了。可以在检测台上测试激光陀螺，以确定在偏置漂移周期中所达到的反射镜位置的范围上的随机漂移率。

本发明还提供一种基于对某些陀螺性能参数的测量的预测模块式激光陀螺的寿命的方法。要测量的参数是激光强度、读出强度，导出的每个模式的电压、以及其他陀螺参数。该方法把最近1000个小时的性能数据去与一个预定的线性的、二次的、或高次的多项式拟合曲线相拟合，当模式激光陀螺工作时，它可能会转移到导致有最小估计寿命的状态。当出现紧急系统失效时，模块式激光陀螺将警告使用它的惯性导航系统。该方法根据预定的临界工作温度来对特定的模块式激光陀螺衡量其数据。本发明的方法根据这些临界温度来生成寿命性能特性的历史。当模块式激光陀螺将要失效时，它会根据在其估计寿命中还剩下多少时间，来向惯性导航系统发送不同级别的警告。

本发明还提供一种用于模块式激光陀螺的主动电流控制设备。这种模块式激光陀螺含有一个具有第一极性的第一电极，例如阳极，和一个具有相反极性的第二电极，例如阴极。主动电流控制设备含有用来发生一个代表电流值的控制信号的装置，例如微处理器控制器。一个用来根据控制信号向模块式激光陀螺的阳极提供经主动控制的电流的装置与一个控制信号相耦合。

本发明的一个目的是提供一种带有主动电流控制设备的模块式激光陀螺，其中的模块式激光陀螺含有一个第一阳极和一个第二阳极。用来向模块式激光陀螺的阳极提供经主动控制的电流的装置包括一个第一电流源臂和一个第二电流源臂，其中第一电流源臂与第一阳极相耦合，第二电流源臂与第二阳极相耦合，并且两个电流源臂中的电流匹配到约1％或更小之内。

本发明的另一个目的是提供一种带有一个接近于理想的电流源的模块式激光陀螺，该电流源在感兴趣的全部频谱上基本上具有无限大的阻抗。

本发明在另一个方面的另一个目标是提供一种带有一个主动电流控制设备的模块式环形激光陀螺，其中一个含有多个模/数输入端的微处理器对主动电流控制设备的输出电压进行采样。然后，该微处理器又根据所采样的输出，通过控制一个调节模块式激光陀螺阴极电压的脉宽调制直流/直流转换器，使模块式激光陀螺和有关电路的功耗最小。

本发明还提供一种带有单变压器电源的模块式激光陀螺。该电源把单个15VDC电源转换成一个320VDC的电源、一个280VDC的电源和一个500VDC的电源。

本发明还提供一种自我检测模块式激光陀螺的方法和在外部系统的请求下检测模块式激光陀螺的方法。模块式激光陀螺有一个系统通信协议，用来实现模块式激光陀螺的多种检测的执行。模块式激光陀螺报告代表它是否正常工作的一个检测寄存器的状态。

根据本发明的一个方面，和模块式环形激光陀螺同时公开的还有一种采样抖动信号的方法和设备。

或者，也可以计算剥除陀螺角的输出。

本发明也提供了一种用于激光陀螺的抖动剥除设备。本发明的抖动剥除设备包括一个从抖动发生器探测抖动模拟信号的剥除设备。抖动模拟信号被转换成数字形式，并被一个闭环系统被偿，以调节信号增益。

本发明的另一个动机是提供一种带有抖动剥除设备的模块式陀螺，该设备对所有的测量以交替的最大正灵敏度和最大负灵敏度工作。

本发明提供一种带有抖动剥除器的模块式陀螺，与以往技术的装置比较，它对输入噪声有更好的鲁捧性，并且时间响应要快得多。

本发明的再一个目的是提供一种利用数字控制器来进行模式跳变的模块式激光陀螺。

对于熟悉本技术领域的人们来说，通过下面的“优选实施例的说明”、“权利要求”和附图，本发明的其他目的以及特点和优点将变得清楚明白，在附图中类似的元部件用类似的代号表示。

附图的简单说明

图1A示出本发明方法的模块式激光陀螺。

图1B示出本发明方法的由微处理器控制的模块式激光陀螺。

图1C示出模块式环形激光陀螺系统的一个简化图，其中图1B中所示的一些元部件，例如抖动发生器，已被删去，以便于对模式跳变设备的说明。

图2示出起动程序处理流程图。

图3A至3F示出本发明模块式激光陀螺的从接通电源开始的起动程序。

图4示意性地示出本发明中所采用的主动电流控制的一个例子的电路图。

图5示出一个本发明的实施例，它用来实现本发明所采用的偏置漂移改进方法。

图6示出模块式激光陀螺偏置改进控制电压随时间变化的曲线。

图7示出用于本发明方法的高速通信系统的硬件原理图的一个例子。

图8示出模块式激光陀螺指令的一个输出帧。

图9示出从外部主系统向模块式激光陀螺的通信输入帧。

图10示出本发明一个实施例所采用的在外部系统和模块式激光陀螺之间进行通信的方法。

图11示意性地示出一个内部的检测设备状态寄存器。

图12示出在模块式激光陀螺高速检测接口中的高速数据通信方法。

图13示出本发明检测设备的原理图。

图14示出用来计算每个模式的电压的本发明方法的原理图。

图15示出光路长度控制监视电压随温度变化的关系。

图16示意性地示出根据本发明的一个方面所提供的高压起动电路的一个实施例的方框图。

图17A和17B示出高压脉冲发生器的波形。

图18示出本发明的高压模块的电路原理图。

图19示出根据本发明制作的抖动发生器电路的一个例子的电路原理图。

图20示出根据本发明的一个方面所提供的直接数字抖动驱动电路的一个实施例的电路原理图。

图21示出根据本发明的一个方面所提供的抖动驱动电路的另一个实施例的详细电路图。

图22A至22D示出使用于含有闭环系统的模块式激光陀螺的直接抖动驱动器的总体原理方框图。

图23示出中断时刻作为过零探测器输出的函数的图。

图24示出一种确定抖动周期内的90°和270°过零点的方法。

图25示出用来使一个模数转换器在模块式陀螺的多个其他功能之间协调地工作的本发明的方法和设备的原理性表示图。

图26示出用监视控制环监视模块式陀螺的方法。

图27示出处理从抖动发生器产生并已转换成数字形式的抖动发生器信号的方法。

图28示出当被驱动器、剥除器和背景处理调用时处理模数转换的方法的原理图。

图29示出用于软件计时中断的中断服务例行程序的原理图。

图30示出用来预测采样脉冲的本发明的方法。

图31示出用来利用两个模数转换器来驱动模块式激光陀螺抖动机构的一个实施例的本发明方法和设备。

图31A示出一种基于微控制器的、用来利用多个模数转换器实现本发明的抖动剥除方法的设备的方框图。

图32示出使背景模数转换排队的本发明方法。

图33示出抖动信号和系统采样脉冲的例子之间的关系图。

图34示意性地示出本发明的抖动剥除方法。

图35示出根据本发明的一个方面所提出的抖动剥除电路的一个实施例的详图。

图36示出用于本发明抖动剥除设备的自动增益控制寄存器的寄存器方框图。

图37示出本发明利用一个二次曲线形状的性能曲线图来表示性能数据随时间变化的方法。

图38示出利用性能处理器的本发明的模块式激光陀螺寿命预测设备的方框图。

图39和40应该合成一个图，它示出本发明的一个例子所使用的、用来依次通过多个激光模式的光路长度控制器的一个实施例。

图41示意性地示出本发明的单变压器设备的一个例子的方框图。

图42原理性地示出根据本发明的一个方面所提出的单变压器电源的一个实施例的详细电路图。

图43原理性地示出根据本发明的另一个方面所提出的单变压器电源的一个实施例的详细电路图。

图44示出表示微控制器高速输出定时的单变压器设备起动程序的详细时序图。

图45示出一种抖动驱动器监视器。

图46示出一种读出计数器监视器。

图47示出激光驱动电流监视器。

图48示出温度传感器极限检测。

图49示出探测丢失的采样脉冲的方法。

图50示出偏置和单光束信号曲线、以说明相移和偏置幅度。

图51示出本发明一个实施例中所使用的采样抖动信号的采样方法的图形表示。

图52示出基于微控制器的用来剥除RLG(环形激光陀螺)数字逻辑设备的抖动的设备的原理性方框图。

图53示出本发明的一个例子中所采用的用来计算剥除陀螺角△θg的变化的方法和设备的功能图。

图54示出本发明的一个例子中所采用的用来计算抖动剥除增益的方法和设备的功能图。

图55示出本发明所采用的用来测量相位误差角的方法和设备的一个例子的功能图。

图56示出本发明的智能初始模式获取方法的处理流程图。图57示出本发明的扫描方法的处理流程图。

图58示出本发明的计算每个模式的电压的方法。

图59示出本发明的模式跳变方法。

图60示出说明模式跳变时的LIM(激光强度监视)信号的PLC(光路长度控制)监视器电压模式图。

图61示出激光陀螺起动时获取一个模式的一种方法的处理流程图。

图62示出预测在激光陀螺的工作过程中该陀螺是否会超出某一模式的范围的一种方法的处理流程图。

图63示出本发明的一个实施例中的模式移动的处理流程图。

优选实施例的说明

现在参见图1B，那里示出利用了本发明的新特征的模块式激光陀螺的一个实施例的方框图。本发明将通过一些示范性的实施例来说明。可以从本公开得益的熟悉本技术领域的人们应该把这里的各个例子看作是对本发明原理的说明，而不是当作一种限制。模块式激光陀螺10有一个外壳17，其中含有一个微控制器100、一个模块式激光陀螺模块200、一个主动电流控制设备300、一个抖动发生放大器400、一个直接数字抖动驱动器500、一个光路长度控制(PLC)装置600、一个读出器700、以及一个数字逻辑电路800。数字逻辑电路800最好包括一个按照周知的逻辑技术布局的门阵列寄存器。微控制器100还含有一个通信装置，例如一个通用异步接收发送机(UART)202，它通过发送线204和接收线206和一个外部处理系统210通信。模块式激光陀螺10还包括一个向激光模块200和主动电流控制器300供电的高压起动模块350。控制器100可以是一个微处理器，或者是一个微控制器。

在本发明的一个实施例中，微控制器100是一个INTEL^(TM)(英特尔^(商标))80C196KC型微控制器。该微控制器可以购买到，它含有至少2个计时器、一个真实时间时钟、以及高速逻辑电路和内容可访问存储器(CAM)。

现在参见图2，那里示出根据本发明的一个方面的利用微控制器起动模块式激光陀螺的一种方法。模块式激光陀螺10的起动程序有三个阶段，即：(1)起动激光抖动驱动器(2)起动激光放电，(3)进行光路长度控制。在本发明的另一个实施例中，抖动、激光放电和光路长度控制可以同时起动。

在图2所示的方法中，陀螺在处理步骤108中起动。然后起动程序在处理步骤110A中起动抖动驱动器。激光放电在处理步骤112A中起动。然后在处理步骤114A中进行光路长度控制。如果所有上述系统都被起动了，则在处理步骤116A中陀螺报告正常状态。

在本发明的一个优选实施例中，模块激光陀螺的工作参数存储在图1B中所示的一个永久性存储的查找表107中。本发明的每个起动处理利用这些工作点来起动处在最近的已知工作点上的陀螺10。利用最近已知工作点有助于陀螺的所有系统以最少的时间和即时的高水平性能起动。在本发明的另一个实施例中，如处理步骤118A所示，在成功地起动了陀螺之后，设定高抖动增益一分钟。

在获取PLC的步骤114A期间，可以标定模块式激光陀螺每个模式的电压。这是一个任选的步骤，对此下面将有进一步说明。

现在参见图3A，那里详细示出了图1B所示模块式激光陀螺的起动处理程序。该处理从步骤201中的接通电源来开始陀螺10的起动。然后处理进入步骤223，清除门阵列寄存器。然后进入步骤204B，使主动电流控制寄存器初始化。然后进入步骤221，清除微控制器中的内容可访问存储器(CAM)，它用于抖动驱动采样和抖动剥除器采样。然后进入步骤208A，使高速输入逻辑电路初始化和使计时器1和2同步。高速输入逻辑电路用来从系统控制器获取采样脉冲信号。采样脉冲203用来使系统内的各个陀螺同步。模块式激光陀螺总是在采样脉冲发生内低到高的跳变时被触发。

然后处理进入步骤211A，以使永久性RAM(随机存取存储器)和EEPROM(可电擦除可编程只读存储器)102初始化，后者含有各种初始化常数和模块式激光陀螺的各种算法的运行参数。然后处理进入步骤212A，设定偏置漂移改进电路的脉宽调制占空比为50％，以使偏置漂移信号失效。

现在参见图3B，该图继续说明模块式激光陀螺的初始化方法，处理进入步骤214A，给激光驱动器的电流设定存储在EEPROM102中的值。然后初始化处理进入步骤216B，通过在门阵列寄存器中设定一个激发比特位而激发激光器。然后进入步骤218，使抖动驱动随机数发生器初始化。然后进入步骤220A，使真实时钟初始化。然后进入步骤222，使本发明的抖动剥除方法中所使用的抖动剥除变量初始化。然后处理进入步骤224，使抖动驱动变量初始化。

现在参见图3C，该图继续说明模块式激光陀螺的初始化方法。然后处理进入步骤226、使UART的I/O(输入/输出接口)初始化，该接口用来和控制模块式激光陀螺的外部处理系统交换数据。UART202以△-θ数据的形式进行惯性导航数据的通信，并通过两条双向I/O线204和206进行内部检测功能数据和指令状态数据的通信。

然后处理进入步骤228，使模块式陀螺的状态初始化为不正常状态。然后处理进入陀螺检测。进入步骤232，使周边活动服务器、DMA控制器、和包括通过UART的周边活动串行I/O的I/O的功能初始化，然后进入步骤234，把EEPROM的数据读出到微处理器120中的便笺式RAM中。

现在参见图3D，该图继续说明模块式激光陀螺的初始化处理，进入步骤236，使优先权排队、转换完成排队、功能控制字和系统控制字节初始化。然后处理进入步骤238，使本发明的两个计时器：HSI计时器1和抖动剥除计时器2相同步。然后进入步骤240，把高速中断排队清除为零。然后进入步骤242，建立真实时钟、发送接收机、高速输入逻辑、高速输出逻辑、和软件中断的中断。然后进入步骤244，等待一段预定的时间以使直接抖动驱动器初始化。

现在参见图3E，该图继续说明陀螺的初始化处理，在步骤246中读出A/D转换器的2.50V参考电压和在I/O接口7中设定复用的单个A/D转换器地址。然后处理进入步骤248，起动抖动驱动器。然后进入步骤250，激活获取陀螺系统时钟的定时信号的T₂CAP(计时器2)的中断，然后处理进入步骤252，刷新UART。然后起动处理进入步骤254，检验光路长度控制器是否已被正常驱动。进入步骤256，检验激光电流是否在预定范围内。

现在参见图3F，该图继续说明起动处理，在步骤258中起动一个光路长度控制锁定程序。光路长度控制锁定程序根据PLC信号把反射镜位置“锁定”在一个选定的模式上。然后处理进入步骤260，激活周边活动服务器。然后进入步骤264，执行内部的检验功能，并且当所有检验都通过时则在步骤266中把陀螺状态设定在正常状态上。初始化处理结束于步骤268。主动电流控制

现在参见图4，那里示出主动电流控制设备的一个例子的更详细的电路图。陀螺模块200被画成为一个有两个阳极210A、210B和一个阴极203的三角形模块，熟悉本技术领域的人们应理解到，模块式激光陀螺模块也可以有其他多边形形状，例如矩形形状。熟悉本技术领域的人们还应认识到，在不偏离本发明范畴的情形下，模块式激光陀螺中也可以使用包括阳极和阴极的各种电极组合和电极数目。

本发明一个实施例的模块式激光陀螺含有一个主动电流控制设备。在本例子中该主动电流控制设备300含有第一、第二、第三和第四放大器344、332、324、326，第一和第二输出晶体管311、316，第一和第二场效应管(FET)320、1323，DC/DC转换器328，以及高压起动电路350。主动电流控制设备300与微控制器100和模块式激光陀螺模块200相连接。

第四放大器326在其反相输入端处连接有一个增益电阻348。该反相输入端上还连接有4个输入电阻370、372、374和376。控制器100工作时向4个输入电阻提供一个数字控制信号。第四放大器326本质上起着一个数/模转换器的作用，其中4个输入电阻对应着4个比特的输入，其中第一输入电阻370是最高位，第四输入电阻376是最低位。第四放大器把来自控制器100的数字控制输入转换成一个与之成正比的模拟信号，并通过电阻378把它施加给节点Vcontrol(V控制)。这样，主动电流控制器300可以在节点Vcontrol处以4比特的精度范围受到控制，这对应于Vcontrol的5V到10V的摆动。

Vcontrol被进一步耦合给第一和第二放大器344、332的正相端。第一和第二放大器344和332分别驱动场效应管320和1323，后者又控制晶体管311和316，电流就是通过这两个晶体管分别流向陀螺模块200上的阳极210A和210B的。第一和第二放大器以及它们的相关元件可以看成是主动电流控制器的两个“臂”。例如第一放大器344的输出连接到场效应管(FET)320的门控极上，FET320最好是一个阈值从约-2V到约-4V的DMODE FET或者与其等价的器件。FET320控制高频晶体管311的基极驱动。反馈线339向第一电流控制放大器344提供负反馈。FET320的源极连接在反馈线339上。FET320的漏极连接在第一输出晶体管311的基极上。第一输出晶体管311的发射极连接在反馈线339上，并通过电阻318连接在电容396的第一端点。电容396的第二端点连接在节点Vcontrol上。

在本发明的一个实施例中，电容396当充满电时在其第一端点上保持有约+10V的名义电位。第一输出晶体管311的集电极322通过电阻390连接在二极管313的正极上。二极管313和330是额定电压例如约5000V的高压二极管，用来在起动模块式激光陀螺时保护该主动电流控制电路。输出三极管311的基极连接在FET320的源极和电阻399上。电阻399还连接在二极管313的正极上。二极管313的负极通过电阻397连接在阳极210B上。第二放大器332及其相关的元件以类似的方式布置，这些相关元件是FET1323、第二输出晶体管316、电阻元件391、393、394、395、398、342，以及其负极连接在第二阳极210A上的第二极管330。第一放大器344构成了驱动电路的第一臂，第二放大器332及其相关元件构成了电路的第二臂。两条臂以相似的方式工作，向模块式激光陀螺提供基本相同的电流。第一和第二放大器344和332最好是带宽小于约1MHz的运算放大器，例如LM2902型运算放大器。在本发明的一个实施例中第一和第二晶体管的基极和集电极之间最好有10V的反向偏置。反向偏置可减小基极和集电极之间的等效电容，从而改善晶体管的高频响应。

虽然是任选的，但最好能加上一个第三放大器324，以提供一个代表模块式激光陀螺的两个臂的电流之和的输出信号329。该电流之和标为“I Total(总电流)”。第三放大器324的反向输入端通过电阻380与反馈线339连接，并通过电阻382与反馈349连接。

在该例子中，模块式激光陀螺的阴极203借助于DC/DC变换器328保持一个恒定的电压，例如约在-425V至-460V的范围内。工作时，DC/DC转换器328把来自一个外部电源的约+15V的输入电压转换成一个输出电源，其名义值例如在约-450V至-490V的范围内。

在主动电流控制的这个例子中还可以任选地加上内含的检测线BIT1和BIT2。BIT1和BIT2分别与控制器100的第一和第二模数输入端101A和103相耦合。BIT1和BIT2向控制器100提供检测信号，以让后者判断该主动电流控制器是否处在正常工作范围内，运算放大器344、332是否锁定在电源的高限或低限上。这里，这两个极限也分别叫做正轨和负轨。

为了使主动电流控制正常工作，重要的是要仔细地选取两个电流提供臂输出端处的电阻。对于第一臂，电阻390、399和397必须按照后述的公式来选取。类似地，在选择主动电流控制器的第二臂的电阻395、394和398时也必需仔细。例如，在第一臂中，电阻390和399的选取必须使得晶体管311集电极上的电压在模块式激光陀螺的工作电流范围内保持比较恒定。在一个例子中，所提供的电流大约在每条臂0.15mA到1mA的范围内。这个限制是根据气体放电的阻抗特性和电源的电流限制而确定的。

这里必须指出，本发明的主动电流控制利用了模块式激光陀螺管内固有的负阻特性。也就是说，随着陀螺要求的电流增大，阳极和阴极之间的电压就减小。本发明对R1和R2比值的选取使得当模块式激光陀螺管所要求的电流增大时，通过R2的基极驱动电流也增大。电阻R1和R3是根据使最大电流下的晶体管311中的功耗最小来特别选取的。

本发明的主动电流控制设备可以用固定的Vc，也可以用可变的Vc，以减小功耗。采用固定Vc并加上R1、R2、R3的恰当选择，可以形成低β下的工作。电流和电压关系的负阻特性被作为优点利用来增大大电流下的基极驱动电流。光路长度控制

现在参见图5，该图示出用来控制本发明的光路长度换能器的本发明设备。本发明设备控制用于激光器模块200的反射镜A和B的光路长度调节器。激光器模块含有一些传感器，其中包括一个温度传感器33，它向温度传感放大器58提供一个温度信号，放大后的温度信号31被提供给同一模块上的A/D转换器110。

激光器模块200还有一个光电二极管56，由它探测的功率探测信号57被提供给DC(直流)放大器68，后者再提供激光强度监视(LIM)信号20A。陀螺模块200的反射镜A和B的调节器13、15提供了实现光路长度控制的主要手段。当激光光路被光路长度控制调节器调节器调节时，激光强度监视信号20可能要改变。本发明提供一些元件，以帮助把激光强度监视信号处理成一组有用的信号，其中包括激光强度监视(LIM)信号20、光路长度控制监视信号(PLCMON)32和单束(光)信号(SBS)36。

AC(交流)放大器50接收激光强度监视信号20的AC分量。AC放大器50的输出被提供给同步解调器52，后者又向积分器54提供一个信号，积分器54产生光路长度控制监视信号PLCMON32。AC放大器50的输出还通过交流耦合提供给峰值探测器66，后者给出单束信号36。AC放大器50还有另一个输入，它是与开关信号124相同步的扫描信号122。同步解调器52还提供了一种方法，利用该方法，从激光强度监视器到光路长度控制监视器的闭环光路可以用来调节光路长度。

图5所示的总体电路图说明了本设备控制光路长度的一个例子。同步解调器提供了一种控制光路长度反射镜的途径，该途径的方式是光路长度控制调节器连续地寻找激光模式的峰值。偏置漂移的改进

图6示出了反射镜A13的使用情况，该反射镜的运动使得激光束的光路长度对两个激光波长向增大方向变动。图6也示出了反射镜B15的使用情况，该反射镜的运动使得激光束的光路长度对两个激光波长是向减小的变动。水平轴X代表时间。垂直轴Y901代表BDI(偏置漂移改进)控制电压。在所有的时间点上两个反射镜的反方向移动方式造成光路长度没有净变化。一旦两个反射镜达到了它们的运动范围的边界，它们就按与原来方向相反的方向运动。在本发明的偏置漂移误差补偿模式期间，这种运动连续不断地重复。

一个完整的BDI循环925在一个时间周期920上完成，该周期的典型长度为1秒到10秒。在本发明的一个优选实施例中该时间周期920可以达到约10分钟。驱动反射镜B15的BDI电压180从时刻914的平均值915开始，依次地变为时刻906的高正值904、时刻908的平均值，时刻910的高匀值902、然后在时刻912回到平均值。驱动反射镜A的BDI电压182从时刻914的平均值915开始，依次地变为时刻906的高负值902、时刻908的平均值、时刻910的高正值904、然后在时刻912回到平均值。用这种方式来驱动BDI控制电压180和182使光路长度控制反射镜在整个BDI循环中的运动不会改变光路的长度，同时还不会影响模块式激光聍螺提供精确陀螺响应的能力。内部检测

图7示出用来使模块式激光陀螺的微控制器100和一个外部处理系统210相通信的本发明设备的一个例子的硬件图。模块式激光陀螺微控制器100含有一个微处理器120。微处理器120含有一个被周边活动系统205A所控制的高速UART202。UART202通过发送线206和接收线204与外部处理系统210通信。线206通过一个串行/并行转换器213A连接在外部处理系统210上。串行/并行转换器213A通过线218A向一个5字节的FIFO(先进先出)寄存器217提供信息。该5字节的FIFO217与处理器接口逻辑电路215B通信，后者向外部系统微处理器225提供信息，以作进一步处理。接口逻辑电路215B把来自外部系统微处理器225的指令通过串行接口线1222提供给一个单字节并行/串行转换器209。单字节并行/串行转换器209通过接收线204向模块式激光陀螺微处理器120提供信息。

图7的设备提供了一种高速串行数据的通信方法，即使串行数据在串行/并行转换器213A中排队，后者把高速的接口数据提供给5字节的FIFO217，这样的速度是外部系统微处理器225可以接受的。图7的设备提供了一种双向通信手段，由此信息可在两个处理器120和225之间以十分高的数据率传送。

该微处理器控制的构形和模块式激光陀螺10的控制是通过一个指令组的通信来完成的。这些指令一般定义成4种类型。模块式激光陀螺的4种指令类型是：第一，参数安装指令；第二，陀螺控制指令；第三，陀螺状态指令；以及第四，陀螺定标和诊断指令。

参数安装指令提供把常数安装到微处理器的EEPROM102中去的手段。参数安装指令又可以有两种形式。第一种形式是单字指令，第二种形式是双字指令。在本发明的一个实施例中，一个字被定义为一个16比特的不带正负号的量。

陀螺控制指令是那些设定陀螺工作参数、改变陀螺抖动角、或者写入参数检验和的指令。对于陀螺的各种工作状态有不同的比特数。设定陀螺工作参数的指令代码是30H。指令的比特位0选择恒定电流或恒定功率运行。比特位1用来重新起动系统。比特位2用来接通或切断陀螺的补偿。比特位3用来接通或切断陀螺的噪声。

陀螺控制指令组中的下一个指令是改变陀螺抖动角指令。该指令使抖动角改变成指令中第一个参数字所指定的值。该指令的指令代码是31H。

陀螺控制指令组中的下一个指令是写入参数的检验和指令。该指令产生关于EEPROM102中当前参数的整体检验和，并把这个值存储到EEPROM102中。该检验和用来判断EEPROM102是否安装了正确的信息或所期望的信息。

陀螺读出状态指令使得可以在串行输出数据口206上监视陀螺系统的功能。这些指令从地址40H开始。第一读出状态指令从陀螺10返回当前控制环电流。该信息以微安为单位返回。读出温度指令以开尔文度为单位返回当前的陀螺温度。读出强度监视(RIM)指令返回当前的RIM信号大小。读出工作小时指令返回最接近于陀螺10已经工作的时间的小时数。读出失效时间指令返回离开陀螺可能失效还剩下多少时间的小时数。定标指令读出陀螺的定标常数。最后的指令是进入定标或诊断模式指令，它们是那些使陀螺能自我定标或诊断可能存在的问题的指令。

现在参见图8，那里示出了202中的微控制器100的UART的UART输出指令缓存器的结构。当从微控制器100向外部系统微处理器225发送信息时，该信息以被叫做一个帧的5字节结构发送。输出帧230包括一个指令标记233、一个第一△-θ字节235、一个第二△-θ字节237、一个第一状态字节239、和一个第二状态字节241。状态标记233代表模块式激光陀螺系统状态标记所发送的状态数据类型。状态数据包括例如这样一些信息：补偿系数、光路长度控制电压大小、模块式激光陀螺温度，以及最后一次发送的指令的执行状态。△-θ字节235和237是模块式激光陀螺10的抖动剥除的补偿惯性导航度量。第一和第二状态字节239和241是由指令所造成的信息。

在本发明的一个实施例中，串行输出数据字的格式是异步的，长度为100比特。数据格式是一个开始比特，一个结束比特和8个数据比特。在本发明的一个实施例中，最大的时钟频率是12MHz，相当于750千波特的通信率。

现在参见图9，那里示出了本发明的MLG(模块式激光陀螺)的输入帧格式。输入帧242A由一些单元组成。第一个单元是类似于输出帧230的指令标记。指令标记244C提供一个有效旗标，用来证实对MLG的微处理器120的写入指令。EEPROM地址246A和248A含有要存储的数据在EEPROM102中的位置。数据字节1和数据字节2,250A和252A提供要存储到EEPROM102的EEPROM地址246和248A中去的实际数据。

数据以预定的更新速率连续地从陀螺10通过输出通道输送到外部处理系统210中。这种传输把惯性导航数据从微处理器120提供给外部处理系统210，这些数据是当前的，也可以包括有编码在状态字节中的其他信息。

现在参见图13，那里示出了利用与这里所说明的本发明的MLG10相通信的一个外部系统210C的本发明的另一个实施例。在这个构形中，MLG10的系统级的控制利用来自控制系统210C的相互作用指令来完成。控制系统210C最好包括一个基于微处理器的计算机，例如一个个人计算机。该系统210C通过显示屏207向操作人员显示信息。MLG系统10的工作参数在该屏207上显示出来。用户操作控制计算机210C的键盘207K。熟悉本技术领域的人们应能认识到，陀螺10的工作参数可以存储在一个可卸式媒体软盘207E中。陀螺10的操作可以通过包括基于窗口的系统或其他交互系统在内的一些用户界面而自动进行。熟悉本技术领域的人们应能理解，可以在外部系统210C中安装批检测指令，用来以长时间的周期来周期性地监视MLG系统10的性能。

现在参见图10，那里示出了本发明的一种方法，用来在MLG10的外部处理系统210和系统微控制器100之间进行通信。外部处理系统210也还可以包括一个惯性导航系统或者一个MLG检测系统。外部处理系统210负责在步骤822中把一个指令安装到输出帧指令缓存器230中。图8较完整地示出该指令的结构。该指令通过接收线204通信。作为微处理器120的一个部分的周边活动系统服务器205A设定一个“指令缓存器满”旗标。UART202在步骤824中设定该指令缓存器满旗标，并产生一个中断。然后图10的处理进入监视控制环392，并在步骤826中检查指令缓存器是否已充满。如果指令缓存器没有充满，则处理进入步骤832，继续执行监视控制环。如果指令缓存器230已充满，则处理进入步骤828，对指令解码，并在步骤830中执行步骤828所解码的指令。然后处理进入步骤832，对陀螺进行监视。然后处理进入步骤826，检查“指令缓存器满”旗标，如此重复下去。

MLG为了实现许多功能而与外部处理系统210通信，其中包括报告自我检测活动。如图11所示，MLG含有一个内部的检测设备状态寄存器或BITE寄存器334，该寄存器报告内部检测功能的状态，包括周期性执行的自我检测功能的状态。这些周期性的内部检测功能叫做循环BIT功能。

现在参见图11，它示出了内部检测设备状态寄存器334。BITE寄存器334的每一个比特都有一个特定的意义。BITE寄存器334的比特位1代表抖动驱动器的正常与否。BITE寄存器334的比特位1代表读出计数器的正常与否。BITE寄存器334的比特位2代表MLG第一臂的激光驱动电流的正常与否。BITE寄存器334的比特位3代表第二臂激光驱动电流的正常与否。BITE寄存器334的比特位4代表温度传感器在检测高温限时的正常与否。BITE寄存器334的比特位5代表温度传感器在检测低温限时的正常与否。BITE寄存器334的比特位6代表存在有一个给MLG10的采样脉冲。熟悉本技术领域的人们可以理解，还可以检测MLG10的其他特性，它们的情况是否正常将由BITE寄存器中的省略号“…”337位置处的比特位来报告。

现在参见图12，那里示出了本发明用来使外部系统微处理器225与MLG10为了高速的检测而通信的方法。图12的高速检测通信方法从步骤836开始，在那里向MLG发送一个指令。图12的处理分三个阶段进行。第一阶段是向陀螺发送指令的阶段860。第二阶段是结果有效性检查阶段862。第三阶段是结果接受阶段864。处理从步骤836进入步骤838，检查UART串行转换器发送缓存器209是否是空的。如果该缓存器209不是空的，则处理将重复进行，直到该缓存器209是空的，这时处理进入步骤840。在步骤840中，发送指令的下一个字节。然后处理进入步骤842，以检查这是否是指令的最后一个字节。如果不是指令的最后一个字节，则处理返回到步骤838，以发送另一个字节。如果是指令的最后一个字节，则处理进入步骤844，以等待模块式陀螺的响应。这涉及到图7中设定的FIFO217是否充满。如果没有充满，则返回到步骤844，以等待模块式陀螺关于已充满的回答。如果FIFO217是满的，则检查指令标记是否是有效状态。如果该状态是无效的则处理进入步骤844以等待模块式陀螺的再次回答。如果指令标记244C的状态是有效的，则处理进入步骤848以检查FIFO是否充满。如果FIFO217没有充满则处理返回步骤848以等待它充满。然后处理进入步骤850以解释指令。如图中的方框854所示，这时MLG具有重新接受一个新指令的能力。在该情形下处理返回到步骤836，外部系统微处理器225向陀螺发送另一个指令。当指令被解释之后，于步骤852中处理结束。每个模式的电压的计算

现在参见图14，那里示出了本发明方法的一个流程图，该方法用来计算MLG的每个模式的电压，它是一个导出的寿命估计参数。下面说明获取一个模式和扫描MLG光路长度控制器的方法以及计算每个模式的电压的两个重要功能。

MLG10的工作模式与温度有关。图15说明陀螺模式中的温度起伏。图15示出了光路长度控制监视电压PLCMON32与温度的依赖关系。LIM的一个局部峰值或极大值被定义为一个模式，它作为PLC监视电压与温度的函数关系的一个参数。水平轴482代表温度，温度向右侧逐渐增大。垂直轴480代表PLC监视电压32，该电压向图的上方逐渐增大。

图15示出了本发明的MLG的一个实施例的7个模式G到A，分别由代号490到496表示。图15还示出了MLG的两个工作点497和498。从图15可以看出，当MLG的温度变化时每个模式的工作点也发生变化。直线481和483说明温度从T1增大到T2时的后果。直线481和483与多条模式曲线相交，分别给出了T1和T2温度下MLG的几个工作模式。点497和498示出了温度变化对模式电压的影响。假定MLG10工作于模式D，或者叫做初始模式的工作点298上。

当工作于温度T1时，图15示出光路长度控制监视电压PLCMON32是轴480上的V1。当MLG的温度从T1改变成T2时，PLCMON32电压从V1变成V2，使陀螺的工作点变成对应于PCLMON32电压V2的工作点498。当PLCMON32电压从其最小电压479摆动到其最大电压478时，在任何一个给定的温度下可能得到的模式也发生变化，结果并不是在每个温度下都可以得到所有的模式。因此，当温度改变时可能产生模式跳变的需要。后面将参考图56详细地讨论模式跳变。

现在重新参考图14，计算每个模式的电压的处理从步骤220C开始，其中测量光路长度控制监视电压Vprimary(V初始)。然后处理进入步骤222A，计算目的模式的V_PLCNEW。然后处理进入步骤224B，使MLG扫到V_PLCNEW电压。然后进入步骤226A，其中本方法所指的电压是如下定义的。V_P是初始模式下的光路长度控制电压。V_P+1是比初始模式高一个模式下的光路长度控制电压。V_P-1是比初始模式低一个模式下的光路长度控制电压。步骤222A计算高一级的目的模式电压V_P+1。步骤226A中测量准确的V_P+1电压。在这个每个模式的电压的计算中，MLG的每个模式的电压将对正方向和负方向都进行计算。正的每个模式的电压叫做VPM+，负的每个模式的电压叫做VPM-。然后处理进入步骤228A，其中计算正方向的每个模式的电压，它等于比初始模式高一级的模式的电压V_P+1减去初始模式电压V_P。然后处理进入步骤1230，其中计算负方向的新电压值V_PLCNEW。然后处理步骤1232，其中按照后面要讨论的方法使PLC调节器扫到V_PLCNEW。

然后处理进入步骤234A，其中计算负方向的每个模式的电压，它等于PLCMON的初始电压减去新的负方向电压V_P-1。在步骤236A中，计算新的常数K1，它等于负方向和正方向的每个模式的电压的绝对值的和除以2×(1＋K2T)。然后处理进入步骤238A，在那里把新的K1(伏特/模式)存储在EEPROM102中。

在本发明的另一个实施例中，MLG的微处理器控制器还含有一个个性存储模块，它可以是在第二个EEPROM或永久性存储器中。该永久性存储器的个性存储模块存储有陀螺的某些工作特性，例如陀螺的光路长度控制反射镜位置和其他的工作特性。个性存储模块还存储有特定系统的信息，该信息可以随系统的不同而不同。这个特定系统信息是在制作过程中确定的。这些产生的特性可以由外部系统210利用本发明的通信设备来读出或更新。

现在参见图5和17，在主动电流设备中还含有高压起动电路350，该电路通过线1337和电阻398、383、397与MLG10的阳极210A和210B相连接。图16的电路在MLG10的起动模式时使用。在本例子中，控制器100向线335提供一个频率的60KHz、占空比为10％的0/5伏方波，该方波被输入给高压起动电路350。高压起动电路350包括一个280V的脉冲发生器352和一个倍压(电压倍增)电路354。脉冲发生器352用来把线335上的输入电压方波V_IN提升到由图17A所示波形335WF所表示的280V信号。输出线353A上的峰峰值为280V的信号也是一个60KHz的信号，其占空比为50％，它被输送给倍压电路354。然后倍压电路354输出一个约2500V的高直流电压。280VAC的输出波形353WF示于图17B。

高压电源334(名义值为+320VDC)、高压脉冲发生器352、和倍压电路354全都放置在陀螺外壳17内。这样就不再需要外部的高压电源，从而免除了外部高压供电电缆和高压密封。高压脉冲发生器352把5V的脉冲放大成280V的脉冲。然后2809VAC的脉冲被一个并联式10倍压倍增器放大和整流。图18较详细地示出了该倍压电路354。倍压电路354提供起动陀螺10所需的最少2500V的电压。

现在参见图18，其中示出了倍压电路354的详细电原理图，它含有两个高压保护二极管CR1和CR2，用来在起动时保护主动电流电路，还含有两个小镇流电阻210F和210G。以往技术使用了大的镇流电阻(1MΩ)，它消耗了较大量的功率。一个并联式十倍压倍增器715用来在输出线721上给出至少2500VDC的电压。陀螺的起动电流是每臂2500VDC/100MΩ＝25mA。并联式倍压器715比串联式倍压器有较大的电流驱动能力。该并联式十倍压倍增器712含有20个二极管和20个电容。D1至D20只需要有两倍于输入峰峰电压的反向击穿特性。电容C1至C20的耐压要求从280V逐渐增加到2800V。C1至C20的电容量各自都是35pF。激光器阳极A5210A和激光器阳极B5210B的电容最好小于2pF。直接数字抖动驱动

现在参见图1B，它示出了使用直接数字抖动驱动的本发明模块式陀螺。本发明的直接数字抖动驱动在一个实施例中是用微控制器作为控制器100来实现的。该抖动驱动器是一个闭环系统，它包括抖动发生器244A、抖动发生放大电路400、A/D转换器110、控制器100、PWM1(脉宽调制器1)115、输出线501B、直接抖动驱动器500和抖动电机244B。A/D转换器110可以集成到控制器中，它最好是一个10比特的A/D转换器。该10比特A/D转换器为后面要更详细地讨论的抖动剥除方法和设备提供了10比特的精度。控制器100也最好含有一个微处理器120。控制器100具有一个带有硬件周边支持的处理器120芯片，它能提供高度可靠，成本有效、和高度集成的控制功能。

简单地说明，在工作时，由发生器电压245A所代表的RLG模块位置首先被抖动发生放大器400放大。放大的抖动发生信号501A被输送给A/D转换器110和一个比较器(未示出)，接着后者产生一个方波501C，输送给单稳电路810，以限制中断的最大频率。单稳电路810以大约1000Hz的频率周期性地复原。单稳电路的输出在正边缘过零点处使控制器中断。抖动发生和驱动的方法更详细地示于图25A、25B、25C和25D。微处理器根据激光器模块位置的过零点来计算抖动周期和预测采样时间。然后如图23所较详细地示出的抖动驱动波形在抖动信号正弦波的负峰值点和正峰值点被A/D转换器110采样。该采样处理还提供了一个90°的相移，这是驱动抖动电机244B所需要的。采样之后，A/D值被与所希望的增益调节位移参考量相比较，该量被乘以增益因子，加上随机噪声，然后该信号被输送给脉宽调制器115。随机噪声最好是高斯分布的。位移参考量被抖动剥除器的增益调节所校正，以校正任何发生器定标因子的变化。参考位移信号还可以被MLG的直接抖动驱动系统以周期性的间隔作进一步调整。

采样脉冲DS1由主惯性导航系统提供。DS1代表惯性导航系统中所有的陀螺都要被采样的时刻。需要对这些采样时刻进行预测，以防止模块式陀螺系统的滞后。采样脉冲DS1也使INS(惯性导航系统)内的多个陀螺同步。

在本发明的该实施例中，微控制器100有多个模拟输入，它们被分接到单个A/D转换器中。单个A/D转换器用于多于一个的模拟输入信号时，需要采样能在恰当的时刻进行。微处理器系统含有一个永久性地存储器，在本实施例中它是一个电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)。像抖动频率和抖动参考角等一些系统参数是存储在该EEPROM中的，使得系统在接通电源后各系统参数可以重新存储。熟悉本技术领域的人们应能理解其他的永久性存储器也可以使用。

在起动初始化程序中抖动驱动器提供具有抖动频率的20个方形脉冲。例如，对于抖动频率为500Hz的情形，20个脉冲的占空比从0％改变到100％的。这种循环在接近于抖动电机的自然共振频率上向抖动电机提供了使它起动的能量。

现在参见图19，其中示出了根据本发明制作的抖动发生电路的一个例子的电路图。在一个例子中，抖动发生设备至少包括第一、第二和第三电容402、406和412，第一至第七电阻404、407、410、414、422、424和426，第一和第二放大器408、420。还示出了抖动发生器244A，这里它用其固有的电容来表示。第一电容402在节点405处与第一电阻404并联。抖动发生器也连接在节点405上。第二电容406的第一端连接在节点405上，另一端连接在第一放大器408的正相输入端上。第一放大器408、电阻410、414、426和电容412的连接方式使得能提供第一放大因子和对抖动发生电路进行相位补偿。第一放大器的输出418基本上是一个代表抖动发生信号的正弦信号416，它被提供给微控制器100的A/D转换输入端。第二放大器420和电阻422、424，以众知的方式连接，以提供一个基本上为方波的信号430，其过零点作为数字逻辑电路800中的单稳电路810的输入，并且最终提供给控制器100。信号430也代表了抖动发生信号，并且提供了计算抖动周期时所依据的基本过零探测信号。单稳电路810把最大中断频率限制在1000Hz上，由此消除了起动时的错误中断。

现在参见图20，那里示出了根据本发明的一个方面所提供的直接数字抖动驱动电路500的一个实施例的电路图。该直接数字抖动驱动电路500包括第一至第六电容502A、506、509、514、522和534，第一至第九电阻504、508、510、511、512、518、519、532和542，第一至第三晶体管520、528和530，二极管524，和放大器516。

第一电容502A的第一端连接在控制器100的脉宽调制输出501上。第一电容502A的第二端连接在第一电阻504的第一端上。电阻504的第二端连接在第二电容506的第一端和第二电阻508的第一端上。电阻508的第二端连接在第三电阻511和第三电容509的第一端上。第三电阻511的第二端连接在第四电容514和第四电阻512的第一端上，还连接在放大器516的正相输入端和第五电阻510上。放大器516的输出通过由第六电阻518和第七电阻519所组成的电阻分压器连接在第一晶体管520的基极上。第五电容522用作放大器516的补偿电容，以提高相位边缘。电容514的第二端连接在晶体管520的集电极和第三晶体管530的基极上，还连接在第八电阻532的第一端上。第三晶体管530的集电极连接在第八电阻532的第二端和一个电压源上，在本发明的该实例中该电压源最好约为300V。

第三晶体管530的发射极连接在第二晶体管528的基极上，后一晶体管的集电极也连接在电压源上，晶体管530和528形成一个达灵顿(Darlington)对。二极管524是一个并连在该达灵顿对上的低压二极管，用来提供一个死区。第四电阻512的第二端连接在第六电容534的第一端和第二晶体管528的发射极上。电容534用来把晶体管528的输出电平移动150V。驱动信号通过534交流耦合到第九电阻542和MLG模块200中的抖动电机244B上。电阻542向抖动电机提供零伏的平均直流电压。

在本发明的一个实施例中，第一至第三晶体管最好是MJD50型的NPN晶体管，它们可从美国Motorola(摩托罗拉)公司得到。放大器最好是双极运算放大器，例如可从美国Analog Devices of Massachusetts(麻省模拟器件公司)得到的OP-97型放大器。

当所示实施例中的本发明直接数字抖动驱动电路工作时，它不用变压器就直接把来自控制器100的5V脉宽调制数字信号转换成一个峰峰值为300V的模拟信号。以前已经证明，变压器是不可靠的，而且为了防止在例如约500Hz的低频下驱动抖动电机容性负载时出现饱和现象，需要大尺寸的变压器芯。来自控制器100的脉宽调制输出501最好是一个5V的约为23.5KHz的固定频率脉宽调制(PWM)信号，该信号可从一个16MHz的晶振104导出，并且从0％到100％PWM分成512个等级。该PWM信号仅用作为数模转换的一个手段，不要与抖动频率上的脉宽调制方案相混淆。

在图20所示的本发明的一个实施例中，与利用变压器的方案相比，对于在500角秒的峰峰值振幅和4角秒至8角秒的均方根随机噪声的情形，当驱动典型的抖动电机负载5.5nF时变压器方案需要750mW的功率，而这里的直接数字抖动驱动电路只需要不到300mW的功率。在典型的MLG系统中，4角秒至8角秒大致等价于1δ的标准偏差。本发明电路的效率是这样来达到的，即在大约(500Hz×23.5KHz)^1/2＝3.6KHz处设置了传送函数的三个低通极点，这既过滤了23.5KHz的PWM信号，又可产生不到200微秒的上升和下降时间。因为驱动电容性负载所需的功率正比于(V²×f)，其中f为驱动频率，所以重要的是要对PWM信号滤波之后再提供给负载，以节省功率。

驱动的效率还进一步由控制器来提高，后者使PWM值在每个抖动周期中只改变两次。即在抖动发生的正峰值处发生第一次改变，在负峰值处发生第二次改变。在550Hz、300V(满振幅)情形下驱动5.5nf的负载所需的理论功率由下式给出：

P＝2f(1/2CV²)＝272mW

本发明一个实施例的交流功率接近于这个理论极限。直流偏置功率约为81mW。

第四电容514连接在晶体管530的基极上而不是连接在输出端外的晶体管528的发射极上，这样可增强上升和下降跳变时的稳定性。在本发明的一个实施例中，第四电阻512把输出端处的晶体管528的发射极的直流工作点设置在约+150V上。然后晶体管528的发射极输出电平被耦合电容534移动成最终输出端540的电平。在这样的布局中，占空比为50％的PWM信号输入对应于输出端540处的0V输出。占空比为0％的PWM信号对应于输出端540处约+130V的输出。占空比为100％的PWM信号对应于输出端540处约-130V的输出。在所示的例子中，MLG接通电源时耦合电容534的充电时间约为0.7秒。

本发明的另一个特点是，输入是通过第一电容502A而进行交流耦合的，从而提供了不带有低频成分的对称驱动。在MLG起动时，控制器输出约14ms的50％占空比PWM信号，把电容502A充电到一个预定的直流电平。如前面已指出的，起动的初始化程序开始于以抖动频率的方波供给抖动驱动电路20个脉冲。在抖动频率为500Hz时20个脉冲的占空比从0％变到100％这种循环向抖动电机提供的能量使它接近于自然共振频率，从而使它起动。

现在参见图21，该图示出了根据本发明的一个方面而提供的抖动驱动电路的另一个实施例的详细电路图。图21的抖动驱动电路包括一个具有初始绕阻460、464和次级绕组462的变压器。绕组460上并联了一个第一二极管454，它连接在名义电压为+15V的电压源480A上。类似地，绕组464上并联了个第二二极管456，它也连接在电压源480A上。次级绕组462的一端连接在MLG模块200中的抖动驱动器244B上。一对晶体管450A、452被第一和第二PWM信号470、472以推挽方式驱动。晶体管450A、452最好是MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)器件或类似器件。

现在参见图22A，那里示出了表示抖动发生信号245A从抖动发生器244A一直传送到抖动电机244B的本发明直接数字抖动驱动方法和设备的总体原理图。图22A代表了抖动驱动的一个实施例，它把代表抖动位移的电压245A有增益地转换代表陀螺200的惯性转动的MLG计数。直到产生PWM信号501之前所有后续的处理都利用该计数来进行。

抖动探测器244A把抖动探测信号245A提供给滤波器202A，后者对抖动探测信号245A进行调节，并提供调节后的探测信号203A。探测信号203A被放大器204A放大，并提供给一个10比特A/D转换器206。A/D转换器206A把经过调节和放大的抖动探测信号245A处理成为一个代表抖动探测信号245A的电压的数字信号207A。然后数字信号207A被倍乘器215有增益地转换成一个代表陀螺模块200的角位移的计数值209A 。

在图22A的实施例中，数字信号207A通过乘上一个预定常数K而转换成计数值。一个计数近似等于1角秒的角位移。常数K的单位是计数/伏特。常数K和抖动剥除器中用来获得等价的数字电压的常数相同，常数K被抖动剥除器连续地更新，并给出了抖动探测模拟电压和等价的数字读出计数之间的直接定标关系。

以数字计数表示的预定参考位移抖动角213存储在EEPROM102中。

然后该数字信号传向一个数字增益放大器212，后者的输出提供给一个随机噪声注入管210D，在那里把随机噪声211注入到信号中。提供随机噪声211的目的是防止激光器出现动态锁定效应。然后信号进入一个脉宽调制限制器214，后者再向脉宽调制器216提供信号215。PWM信号取决于参考值与测得的模块位移值的差值。直接抖动驱动电路更详细地示于图20。

现在参见图22B，那里示出了本发明的直接数字抖动驱动方法和设备的另一种总体原理图，该图示出抖动探测信号245A从抖动探测器244A直到抖动电机244B的传送情况。在图22B所代表的抖动驱动的实例中，直到产生PWM信号501之前所有的处理都利用电压来执行。

在图22B所示的本发明另一个实施例中，A/D转换器207B的输出被输送给比较器208，以产生一个代表电压的而不是像图22A中那样代表计数的信号。在EEPROM102中的存储了以数字计数表示的预定参考位移抖动角213。在图22B的实施例中，参考位移213通过乘上一个预定常数K的倒数而被转换成数字电压。图22B中其余的处理与图22A的相同。

现在参见图22C，那里示出了本发明的直接数字抖动驱动方法和设备的另一个总体原理图，该图示出抖动探测信号245A从抖动探测器244A直到抖动电机244B的第一臂470和第二臂472的传送情况。与根据图22A的本发明方法和设备相同，图22C示出的抖动驱动实施例也把代表抖动位移的电压205有增益地转换成代表陀螺200的惯性转动的MLG计数。直到产生高速输出内容可访问存储器(HSO CAM)的驱动信号470和472之前，其后的所有处理都利用计数来执行。

在图22C中，数字信号也流入到一个数字增益放大器212中，后者向一个脉宽调制限制器214提供输出，然后该限制器再向该数字抖动驱动电路的HSO CAM驱动器216A提供脉宽调制信号215。与前面的实施例一样，该PWM信号取决于模块的参考值和测得的位移值之间的差值。

在本发明的该实施例中，高速输出逻辑是由微控制器100中的一个普通的HSO(高速输出)单元提供的。高速输出逻辑在预定的时间点上触发一些事件的发生。各个事件通过把指令写入到所谓的HSO指令寄存器和HSO时间寄存器中而被协调。可能以高速输出的事件有各种类型，例如A/D转换，计时器复原、软件旗标复原、和转换高速输出线。在I NTEL CORPORATION(英特尔公司)的INTEL^TM model 80C196KC Users Guide(英特尔(注册商标)80C196KC型用户手册)的第5-49页中可以找到关于高速输出逻辑的更多的信息。特别请参阅该用户手册的图10-1，那里描述了HSO指令寄存器。对直接抖动驱动器500的输入是从HSO CAM驱动器或80C196KC微控制器的PWM输出产生的。图20更详细地示出了该直接抖动驱动器500的结构。然后高速输出CAM驱动器216A向第一驱动臂470和第二驱动臂472提供抖动信号。

图22D示出了抖动驱动的一个实施例，其中直到产生HSO CAM驱动信号470和472之前所有的处理都利用电压来执行。

现在参见图23，其中详细示出了本发明方法的中断时序图。在本发明的一个实施例中，直接抖动驱动系统利用图19中的过零探测器的输出430来触发中断。图19的信号430提供一个类似于定时时钟的波列。在图23中该波列的细节表现为一组方波604。所示的作为信号线430的输出的波列是时间602的函数，信号604指明了在由陀螺模块位置信号620所表示的陀螺模块周期性抖动运动中该模块200什么时候通过零点。过零点由618A、618B、618C和618D代表。所产生的中断由中断点610A、610B、610C和610D代表。中断发生在对应于输出信号430产生从低到高的跳变点605A、605B、605C和605D的模块200的过零点618A、618B、618C和618D处。

抖动探测器244A的频率可以根据发生从低到高的跳变时间点来计算。在图23中，t0代表发生产生中断610A的跳变605A的时刻，t1代表发生产生中断610B的跳变605B的时刻，t2代表发生产生中断610C的跳变605c的时刻，t3代表发生产生中断610D的跳变605D的时刻。抖动的频率可以通过这组信息中的两个相邻的中断来计算，它等于1周除以时间差(t1-t0)，或者1/(t1-t0)。抖动频率也可以通过这组信息中不相邻的中断来计算，例如它等于3周除以中断610A和610D之间的时间差(t3-t0)，或者3/(t3-t0)。

在本发明的直接抖动方法的一个实施例中，需要测量模块循环中的90°和270°位置。90°位置如图23中的点622A、622B和622C所示。270°位置如图23中的点624A、624B和624C所示。

现在参见图24，那里示出了本发明直接数字抖动驱动设备确定抖动循环经过270°和90°位置的方法。该方法开始于处理步骤902A，即由过零探测输出430产生中断。在图19和23中过零探测信号分别用信号430和604代表。在本发明方法的一个实施例中，来自过零探测器的中断信号叫做T2CAP中断。然后处理进入T2CAP中断服务例行程序。该T2CAP中断服务例行程序在下面的处理流程图中说明。

在步骤906A中获取产生T2CAP中断的时刻。然后处理进入步骤908A，把中断时刻Tn存储到一个时间寄存器中。然后处理进入步骤910A，从最后一次中断来计算时间的改变。在第一次执行该步骤时，初始时刻是近似选取的。时间差△T等于当前时刻减去上一次中断时刻的差值。然后处理进入步骤912A，把两个中断之间经过的时间或时间差除以4。这个步骤确定了两个中断之间的时间差的1/4。这个数的精确度和数字系统的分辨率相同，它代表了抖动循环各过零点之间的时间大小。这个大小又代表了MLG模块实际抖动的频率。

然后处理进入步骤914A，计算相位超前补偿。相位超前的定义是△T除以一个常数K_PL。△T对应于激光器模块抖动一个周期所需的时间，或者说△T等价于360°。常数K_PL是一个取决于抖动周期和模拟延时的预定常数。例如，如果该预定常数K_PL＝32，则相位超前将是360°/32＝11.25°。相位超前的时间用T_PL表示，它可以用△T乘以相位超前部分占一个周期的比例来计算，即T_PL＝△T×(11.25°/360°)。相位超前的目的是使抖动驱动信号与所希望的实际抖动驱动信号相一致。该相位超前预测了抖动驱动处理电路中的延时和软件处理中的延时。第一1/4周期Q1对应于激光器模块在90°位置上的实际位移。1/4周期相位超前Q1_PL定义为Q1-T_PL，它代表图25C和25D中所示的高速输出抖动驱动器CAM216A的实际采样时间。然后图24的处理进入步骤916，其中确定半周期点Q2，它等于第一1/4周期的两倍(Q1+Q1)。然后处理进入步骤918，其中确定第三1/4周期Q3为Q2+Q1_PL。然后，若有必要，图24中的T2CAP中断器检查是否存在着背景的A/D转换。背景A/D转换的必要性是为了设定一个软件计时旗标和中断，该旗标和中断可以用于图29所示的本发明的判断方法，以解决当前A/D转换器915A的使用问题。软件计时旗标和中断是设计成采用高速输出逻辑的。然后处理进入步骤919，在那里区分出抖动驱动A/D转换、抖动剥除A/D转换和背景A/D转换。图25中详细地说明了步骤919的处理。该处理于步骤7920结束，然后返回到图26中的运行模块式陀螺的监视控制环。

图26所示的监视控制环39A是数字模块式陀螺10的主要处理执行环。监视控制环在执行其处理之前等待在步骤302A中完成抖动剥除的A/D转换。在本发明的设备中含有一个转换完成旗标，如果设定了该旗标则表示A/D转换已完成。监视控制环309A首先执行抖动剥除算法(步骤302A)。然后在步骤304A中进行关于温度偏置漂移和老化的转动惯性导航数据的补偿。在步骤306A中监视控制环390A执行系统的I/O(输入/输出)接口建立。然后处理进入步骤308A，进行偏置漂移改进和随机漂移改进。然后处理进入步骤310B，执行由外部系统给出的关于模块式陀螺的任何指令。然后在步骤312B中执行内部的检验功能，在步骤314B中检查激光模式极限。然后，直到模块式陀螺10被关断之前，一直重复这一组处理。

现在参见图32，那里示出了安排背景A/D转换的方法。背景A/D转换的安排在一个硬件系统中进行，该系统含有可以是排成一个队伍的一组预定的A/D转换事件。A/D转换事件的数目是预定的。在本发明的一个实施例中，该组事件队伍中有7个A/D转换。图26所示临视控制环对它们的区分处理从步骤870开始，其中，检查背景A/D转换完成旗标。然后处理进入步骤872，检查是否设定了转换完成旗标。如果没有设定，则在步骤876中退出该例行程序，并返回到监视控制环。在这情形下因为所安排的最后一个A/D转换尚未完成，所以A/D转换不能结束。如果已设定了转换完成旗标，则处理进入步骤874，把当前背景A/D转换存储到一个背景A/D转换寄存器中。这样就把当前背景A/D转换和由另一个例行程序，例如温度测量和PLC监视等，所建立的功能相联系起来。然后处理进入步骤878，检查背景A/D转换多路分配器的指针。然后处理进入步骤880，以确定在检查了指针之后该执行什么。如果指针指向最后一个背景功能，则在步骤882中使排队指针复位，让它指向第一个功能。如果指针不是指向最后一个背景功能，则在步骤884中使指针增加到下一个背景功能位置上。不论哪种情形，处理都进入步骤886，在那里安排队伍中的另一个背景转换。然后在步骤876中处理退出到监视控制环。

现在参见图25，那里示出了从本发明方法对数字抖动驱动的应用中的多个模拟信号输入中选出单个A/D转换的方法。图25示出了一个流程图，其中在步骤702中数字模块式陀螺10转移一个抖动剥除转换时间。如下面将参考图30进行更详细说明的那样，转换时间Hsi Timel是通过把T_NEW当作Hsi Time 1，把“△t”当作Hsi Delta，而从抖动剥除处理中计算出的。

然后处理进入对期望剥除时刻的计算，它是根据在步骤702中送来的两个值来计算的。第一个值是Hsi Time 1，它代表抖动剥除转换时间的开始，第二个值是Hsi Delta，它也是在步骤702中从外部系统送入的。期望的抖动剥除采样时间是Hsi Time 1和Hsi Delta之和(步骤704)。这个时间叫做Hsi Time 2。然后处理进入步骤706，在Hsi Time 2附近建立一个窗口，以锁出抖动驱动的A/D转换器。这样可以在抖动剥除A/D转换同时出现时防止抖动驱动A/D转换被前者干扰。在本发明的这个实施例中A/D转换器是一个异步转换器。A/D转换可以与建立它的处理异步地进行。处理步骤708计算抖动驱动的A/D转换是否将出现在抖动剥除窗口内。然后处理或者进入步骤712，或者进入步骤710。步骤710建立起高速输出内容可访问寄存器(HSO CAM)以安排相位补偿A/D转换。软件计时旗标以及专门中断抖动驱动。步骤712建立起HSO CAM以安排软件计时旗标并专门中断抖动驱动以共用已往安排的抖动剥除A/D转换。本发明的方法检查软件计时旗标的状态以确定在计划的时间内将采取什么枯的操作：是抖动剥除转换，抖动驱动转换，抖动剥除和抖动驱动共用的转换，还是背景转换。步骤708提供一个安排一个新的A/D转换或者共用计划要进行的转换的方法，本发明方法中所隐含的假设是，由于抖动剥除A/D转换永远具有最高的优先权，所以对于抖动驱动来说在窗口内进行单个A/D转换是合适的。在步骤712中设定一个旗标，它将指明抖动驱动例行程序和可以共用A/D转换的抖动剥除例行程序中的另一个例行程序。在步骤710中安排A/D转换，并把转换结果送给微控制器100内的CAM，以进行下述的高速输出逻辑。如前所述，A/D转换安排在已进行了相位补偿的时刻Q1和Q3上。然后处理进入步骤714，结束A/D转换的区分。

现在参见图27，其中示出了根据抖动探测A/D转换来计算脉宽调制驱动信号的方法。由微控制器100实施的本发明方法开始于步骤821，并在步骤822A中从抖动驱动例行程序得到A/D转换中断。在步骤824A中，从存储器读出已经发生的以读出计数表示的抖动电机的角位移量。在步骤825中，根据抖动剥除的增益调节把参考抖动角计数转换成等价的以伏特数表示的模拟探测信号。

然后处理进入步骤826A，在那里通过把参考位移减去实际位移来计算抖动电机位移的误差。然后处理进入步骤828A，把计算得到的误差乘以一个预定的放大因子，在本发明的一个实施例中该因子为50。然后处理进入步骤830A，把随机噪声注入到该系统中，作为本发明实施例的一个例子而不是作为限制，该随机噪声的分布是高斯型的。然后处理进入步骤832A，把脉宽调制信号输出限制到最大值为100％PWM、最小值为0％PWM的范围内，以防止寄存器溢出。在本发明的这个实施例中，这两个限制值可以分别是代表0％和100％PWM的0和255。然后处理进入步骤834，向抖动驱动器提供所计算的驱动电平，以把抖动电机引向由注入随机噪声所调节的参考值。然后在步骤836中该处理结束。

现在参见图28，那里示出了直接数字抖动驱动A/D转换处理器的工作原理。在模块式陀螺中为了抖动驱动、抖动剥除和背景转换，需要A/D转换器，例如为了计算抖动的1/4周期点就需要A/D转换器。图228中所示的处理示出了根据哪一个处理调用了A/D转换器来处理A/D转换器的方法。该方法从步骤930的A/D转换中断开始。在步骤932中，确定A/D转换的要求来自什么地方：是934处的抖动驱动器、或是936处的抖动剥除器、或是938处的抖动剥除器和抖动驱动器、还是940处的背景处理器。剥除器和驱动器步骤938表明抖动驱动A/D转换发生在抖动剥除A/D转换窗口之内。由于抖动剥除的窗口同样适用于抖动驱动，所以与简单的抖动剥除操作一样，处理将进入步骤942。对于调用A/D转换器的是数字驱动器934的情形，处理直接进入步骤946中的抖动驱动。抖动驱动的例行程序在图27中有更详细的说明。

当执行A/D转换时，已经得知了是哪一个处理调用了A/D转换器。这是由图25所示的T2CAP中断和软件计时中断所事先确定的。

如果是抖动剥除器或者是抖动驱动和抖动剥除器调用了A/D转换器，则在步骤942中读出剥除寄存器中的A/D值。然后在步骤944中设置A/D转换完成旗标，以表明剥除器或剥除器和驱动器的目前A/D转换值已在剥除寄存器中，并且被剥除器和驱动器所调用。然后，不论是哪种情形，处理都进入步骤946，以驱动抖动。在背景A/D转换情形下，处理进入步骤940，然后在步骤948中从背景寄存器提取A/D值，在步骤950中设置背景转换的转换完成旗标。在所有情形中，该处理都结束于步骤952。

现在参见图29，那里示出了关于软件计是中断的中断服务例行程序，以安排单独的抖动转换、或者合用转换、或者背景转换。该处理从步骤1000开始，其后在步骤1002中从一个特定的功能寄存器提取软件计时旗标。然后在步骤1004中检查是否设置了抖动驱动A/D转换的软件计时旗标。如果设置了该旗标，则处理进入步骤1020，以在微控制器100的便笺式RAM中的A/D优先权寄存器中设定一个单独抖动驱动A/D转换旗标，并且在步骤1022中处理结束。如果没有设置抖动驱动转换的软件计时旗标，则处理进入步骤1006，检查是否设置了驱动和剥除转换的软件计时旗标。如果设置了这种旗标，则处理进入步骤1018，在微控制器100的便笺式RAM的A/D优先权寄存器中设定抖动剥除和抖动驱动共用A/D转换旗标，并在步骤1022中处理结束。如果没有设置共用转换，则处理进入步骤1008，检查是否正在处理抖动剥除转换。图29的方法隐含着这样的假设，即如果不是共用转换或抖动驱动转换，那么就一定是背景转换。然后处理进入步骤1010，检查抖动剥除A/D转换是否将发生在下述窗口内，如图25的步骤705所说明的，该窗口的定义是Hsi Time 1＋Hsi Delta。如果该转换将发生在该窗口内，则处理将于步骤1022结束。如果该转换将不发生在该窗口内，则处理进入步骤1014，等待完成背景转换。背景转换将发生在指定的时期内。在本发明的一个实施例中，背景转换发生在20ms的时期内。然后处理进入步骤1016，把转换值存储到背景A/D寄存器中。然后处理于步骤1022结束。熟悉本技术领域的人们将可看到，等待完成背景转换的过程可以被图28所说明的原因而中断，或由于图29中的原因而停止。

现在参见图30，那里示出了用来计算和预测出现下一个系统采样时钟的本发明方法。预测采样时钟的重要性在于外部惯性导航系统的需要，它为了获得同步于在整个惯性导航系统中都是均匀的外部时钟的惯性导航数据，就需要预测采样时钟。如果没有这种预测能力，则惯性导航数据将可能被异步地提供，造成对惯性位置的不准确估计。当图30的处理首先被初始化时，它开始于步骤150中的起动一个计数器。然后处理进入步骤152，获系统采样时钟的一个采样脉冲边缘。这使得在步骤154中产生一个中断。然后该中断起动一个叫做中断环170的处理。中断环安排A/D转换。当在步骤154中产生中断时，步骤150的计数器的计数值被存储在中断时间寄存器中。然后处理进入步骤158，从存储器读出上一次发生中断的时间(T_OLD)。然后处理进入步骤160，计算老中断时间和新中断时间(T_NEW)之间的差值，作为“△t”。然后处理进入步骤162，在微处理器的高速输出中建立A/D转换。发生高速输出的新时间是“新tT_NEW”加上“△t”。然后处理进入步骤164，设定“T_OLD等于”T_NEW”接着处理返回到步骤152，获取下一个采样时钟。图30的方法动态地补偿了系统采样时钟周期的变化，从而动态地跟踪了系统采样时钟的行为。在HSO逻辑的步骤162中，设置了抖动剥除A/D转换。抖动驱动也使用A/D转换162。

现在参见图31，其中示出了利用两个A/D转换器来驱动MLG抖动机构的一个实施例的本发明方法和设备。熟悉本技术领域的人们将可看到，本发明的各种方法也可以应用于图31中说明的设备。

在该实施例中，第一A/D转换器1212提供对应于抖动探测电压的数字表示，其时序适合于上述的抖动剥除操作。抖动剥的A/D转换必须发生在DS1被激活时。微控制器100利用A/D转换的结果和边缘触发读出计数寄存器1220的输出1222，来执行抖剥除操作。

第二A/D转换器1214提供对应于抖动探测电压的数字表示，其时序适合于上述的抖动驱动操作。抖动驱动的A/D转换必须发生在过零探测器820A被激活时。微控制器100利用A/D转换的结果1024来执行抖动驱动操作。

第三A/D转换器1216提供对应于背景处理的，例如温度测量、RIM和LIM测量和PLC监视等的数字表示。背景A/D转换由微控制器通过激活线1218进行激活。

MLG的抖动剥除器执行从惯性导航信号中对抖动信号的锁相抖动剥除。抖动剥除器利用微控制器来控制抖动剥除反馈环中的增益因子。抖动剥除器

再次参见图1B，在一个实施例中，本发明的抖动剥除器利用一个用作控制器100的微控制器来实现。这是一个闭环系统，它包括抖动探测器244A、抖动探测放大电路400、A/D转换器110、控制器100、PWM输出端115、直接抖动驱动器500、和抖动电机244B。A/D转换器110可以被集成在控制器中，它最好是一个10比特的A/D转换器。控制器最好也包含一个微处理器120。

简单地说，在工作中，由传感电压245A所代表的RLG模块位置首先被抖动探测放大器400放大。放大的抖动探测信号510A被输送给A/D转换器110，也被输给比较器401，后者产生一个方波501C，输送给单稳电路810，以限制中断的最大频率。单稳电路810大约以1000Hz的频率被周期性地复原。单稳电路的输出在其正过零边缘处中断控制器。

在本发明的一个优选实施例中，微控制器含有3个脉宽调制器，用于各种控制功能。第一脉宽调帛器P WM1(115)用来控制抖动驱动电路。为了微控制器100的初始化和控制，使用了一些软件模块。软件程序是由含在微控制器100内的微处理器120运行的。

现在参见图33，那里示出了图1A的MLG的抖动探测信号与时间的关系曲线。抖动探测信号12A通过一个过零点18A。过零点18A代表激光器模块在最小抖动和最大抖动之间的中间点位置。图33还示出了采样时刻14A和16A。采样时刻14A和16A由外部系统确定。该外部系统所使用的采样时钟使各种其他的惯性导航测量，例如其他陀螺和其他加速计的测量，互相同步，以保证来自所有惯性导航系统的所有读数都发生在同样的时刻。由于这个要求，必须预测采样时刻14A和16A，以提供适当的时刻来处理抖动信号12A。

现在参见图34，其中示出了本发明从读出信号中除去抖动成分的方法的原理性框图。读出信号同时含有惯性导航信号和抖动频率信号两者。为了对惯性位置有准确的和可重复的测量，要求从读出信号中除去或剥除抖动信号。

图34示出从读出信号中剥除抖动信号的方法。处理步骤20B表示从抖动探测器244A读出A/D转换值，并把结果存便笺式随机访问存储器的叫做“DSADCNT”的位置上。这里将较详细地说明A/D转换的方法。DSADCNT代表抖动探测电压。为了剥除抖动，需要在步骤24A中把抖动探测电压转换成代表陀螺模块运动的角位移。

抖动电压501A(DSADCNT)转换成角位移α_N是按下式进行的：α_N＝[K_COMP＋AGC]×DSADCNT。其中K_COMP是一个补偿因子，用来和AGC因子一起调节转换值的大小，AGC是一个自动增益控制因子，用来帮助补偿因温度，老化等原因而引起的抖动探测特性的变化，DSADCNT是A/D转换后的抖动探测电压501A。

在图34的优选实施例中，AGC因子是在步骤22A中从一个AGC寄存器中获得的。然后处理进入步骤24A，计算抖动角位移α_N，它等于K_COMP与AGC的和再乘以DSADCNT。在本发明的一个优选实施例中，补偿因子是10000。α_N的单位是读出计数(1.11个读出计算＞＞1角秒)，它代表着由DSADCNT寄存器中所代表的电压的一种转换。然后抖动剥除器必须计算自从上一次采样处理以来的抖动电机的角位移变化。处理进入步骤26A，从存储器中读出抖动角位移的上一次计算值α_N-1。然后处理进入步骤28A，计算当前角位移α_N和上次测得的角位移α_N-1的差值，并把结果作为变量α_△存储。α_△代表陀螺模块运动的抖动成分。

然后抖动剥除器必须计算MLG测得的位移变化，以计算陀螺模块200的净惯性位移。处理进入步骤30A，从MLG读出“读出计算器”700A的值θ_N。接着处理进入步骤32A，从存储器中读出上一次的读出计数器值θ_N-1。在步骤34中，计算读出计数器值的差值θ_△，它等于θ_N-θ_N-1。然后处理进入步骤36A，计算实际惯性导航转动变化角θ_NET，它等于θ_△-α_△。

当抖动信号被剥除之后，该处理就向使用本发明的激光角速度传感器的惯性导航系统提供θ_NET。同时，在步骤38A中处理进入到对AGC系数进行调节的阶段。处理进入步骤38A，在纯输出上乘以一个增益调节因子K，为了使系统能较快地转换，该因子是在操作本发明方法之前预先确定的。在开始接通电源期间，K被设定为一个高值，然后当陀螺趋向于稳态时K被降低。然后处理进入步骤40，根据θ_NET和α_N的大小来调节自动增益控制常数AGC。如果α_N和θ_NET的正负号相同，则AGC被向着正的方向补偿。如果α_N和θ_NET的正负号不同，则AGC被向着负的方向补偿。然后处理进入步骤42，用乘以常数K的新θ_NET来更新一个自动增益控制累加器“AGCACC”。AGC累加器的“AGCACC”值是所有乘以常数K的θ_NET的和，其中θ_NET和K的正负号可以是任意的。然后在步骤44中对AGC系数作增益限制。然后处理进入步骤46，存储新的AGC系数，准备在本发明方法的步骤22A中重新使用。对于抖动驱动电机角位移的每一次新的测量，该抖动剥除方法就重复一次。

现在参见图35，其中示出了用来剥除MLG的抖动信号的本发明的抖动剥除算法的实现方法。在图35中，抖动探测信号244A的10比特A/D转换值被输入在信号线101B上。信号线101B输入给一个求和及乘法单元102A，后者在自动增益控制常数AGC上加上一个预定常数，在本发明的该实施例中此常数确定为1000。这个和值被乘上寄存器中的DSADCNT值。这样计算得到的结果K_CV作为α_N被输出到信号线116B上。K_CV用于MLG的直接抖动驱动方法和设备。然后在比较器105中对α_N和上一次来自A/D转换器的采样值α_n-1106进行比较。比较器105的输出α_△被提供在一个32比特总线上，它等于α_N/1000-α_N-1/1000。为了调节测量的增益、测量的抖动探测信号、和存储的抖动角位移，以使它们适合于系统的字长，最好选用1000这个数字。

比较器105的输出信号α_△通过信号线114B被提供给另一个比较器108A，后者对陀螺模块角位移的当前变化和由模块700A所提供的MLG的测量角位移变化读出值的变化θ_△进行比较。然后比较器108A给出θ_NET，其中θ_NET＝θ_△-α_△，它是实际惯性导航输出的32比特的数字表示。该净输出被提供在32比特信号线112B上。θ_NET输出也被提供给一个锁相转换开关121，后者根据角位移α_N和陀螺抖动探测偏置之间的比较关系来转换。如果偏置小于α_N，则对θ_NET的增益调节是正的。如果偏置大于角位输出，则对θ_NET的增益调节是负的。经过增益调节模块122A的增益调节之后，净输出θ_NET-A被提供在信号线124A上，它也是一个32比特的量。θ_NET-A信号被提供给累加/积分级128A，其中表示成32比特的θ_NET-A被与以前来自其他剥除循环的θ_NET-A值积分在一起。

AGC累加器中的32比特值的内部结构如图36所示。图36示出了32比特的AGC累加寄存器129的高16比特127和低16比特126。然后在处理模块130中对累加器的输出进行增益限制，该模块只提供AGC累加器129的16个高位比特，作为新的AGC信号。这个方法防止了在自动增益控制环180A中引入振荡和自动增益控制中的微小偏离。寿命预测

再次参见图1B，那里示出了利用本发明的寿命预测特性的MLG的一个实施例的方框图。本发明的光程长度控制系统600形成了一个闭环系统，它包括激光强度监视LIM信号20和用作激光性能信号的读出强度监视RIM信号38。PLC设备600提供一个光程长度控制监视PLCMON信号32、一个LIM信号20、和一个单束信号SBS36，它们是通过A/D转换器110连接到控制器100中的。下面将参考图1B、39和40进一步说明PLC设备600。数字逻辑设备800向光程长度控制设备600提供扫描信号112、接通信号116，不接通信号114、抖动信号118和不抖动信号128。控制器100通过数字逻辑设备800提供对光路长度传感器的控制。A/D转换器110可以集成在控制器100中，最好是一个10比特的A/D转换器。控制器最好也含有一个微处理器120。下面对本发明的操作进行较详细的说明。

控制器100含有3个脉宽调制器，在本发明的该实施例中它们用于各种控制功能。第一脉宽调制器PWMO37用来以PWMO信号30控制光路长度控制设备600。在控制器100的初始化和控制中使用了一些软件模块。这些软件模块由含在控制器100内的微处理器120运行。

图39和40所示出的是本发明一个实施例中所使用的光路长度控制器的一个实施例。图39和40的光路长度控制器包括数字逻辑电路800、扫描信号112、不接通信号114、接通信号116、第一抖动信号118、第二抖动线121A、第一积分器122B、第二积分器124B、同步相位解调器开关126A、放大器128B、以及倒相器130A。还包括有第一组驱动晶体管136、138和第二组驱动晶体管131、132。

扫描线112在MLG200起动时提供一个3KHz的信号。扫描线112上所运载的信号标作为S WEEP。两个开关线114、116也向开关126A提供3KHz的信号，其中第一开关线114和第二开关线116的相位相差180°。在一个实施例中这两个开关线分别标作S WI TCH(SW)和NOTS WI TCH(NSW)。类似地，抖动线118、121分别标作DITHER(D)信号和NOTDITHER(ND)信号。这两条线也提供来自数字逻辑电路800的3KHz信号，两个信号的相位互相差180°。抖动线和开关线之间的相位相差90°。

在操作时，数字逻辑电路在响应于控制线111上的来自控制器100的起动指令时接通扫描线112。同时，在施加S WEEP信号的时期数字逻辑电路切断DITHER118和NOTDITHER121线。当陀螺已经扫描到所希望的激光模式上时，S WEEP信号将被除去，而DI THER和NOTDITHER线118、121将被激活。

扫描线的3KHz信号也与S WI TCH和NOTS WI TCH信号116、114有关。根据要扫描的模式是向上还是向下，扫描线的3KHz信号可以与某一个开关信号有相同的位相。3KHz的S WEEP信号通过一个交流耦合电容170A连接到第一放大器128B的反相转入端上。然后信号经过开关126A传向第二积分器124的反相或同相输入端上。工作时，如果S WEEP信号与开关信号116同相位，则倒相器128B的输出将可以通向积分器124B的同相输入端。如果SWEEP信号与NSW或NOTS WI TCH信号线114同相位，则S WEEP信号可以通向第二积分器124B的反相输入端。熟悉本技术领域的人们在受到本公开的启示之后，将可认识到这些关系可以用各种组合的处理来实现，以产生基本相同的结果。SWEEP信号将被接通足够长的时间，使得积分器在节点176处的输出可以达到足够高的电压，以让MLG扫描到预定的模式上。节点176处的PLC监视信号通过A/D输入线32被微处理器控制器100所监视。

控制线111向数字逻辑电路800提供控制信号，以把光路长度控制器的工作模式从扫描模式转换成运行模式。下面将较详细地说明用来达到所希望模式的计算机算法。

在A/D输入端20A上还向控制器100提供激光强度监视信号(“LIM”)。激光强度监视信号是由陀螺模块200中的光电探测器160A取得的。该信号被跨阻放大器150A放大，再输送给控制器。LIM信号20通过电容172的交流耦合被反馈到第一放大器128B的反相输入端。注意，包括电容172和电阻174的RC电路连接成了一个高通滤波器，以让3KHz的抖动信号能通向放大器128B的同相输入端。因此，在MLG起动时期通常是激活的扫描模式下，当DITHER和NOTDITHER线118和121被切断时，任何LIM信号成分都将被电容172阻挡，不会出现在放大器128B的同相输入端上。

控制器100向第一积分器122B连续地输出脉宽调制信号P WMO 30。该PWMO信号被积分器122B转换成光路长度控制信号，后者以相反的极性分别提供给晶体管驱动器132A和138。驱动信号的第二个成分182A是通过倒相器130A提供给晶体管132A的，它驱动陀螺模块中的第二个调节器。来自第二积分放大器124B的PLC信号驱动晶体管131和136。PLC信号，即光路长度控制信号是成对地工作的，以差动方式驱动陀螺中的两组调节器A和B，这两组调节器连接在图1A中的陀螺模块的两个反射镜13和15上。在图39和40中，两个调节驱动器表示成元件1202A和1204A。众所周知，实际上它们典型地是压电元件。在一个实施例中，压电调节元件1202A和1204A具有连接在最负的电压-280V上的中央端。通过这种方式，压电元件始终不会受到负极性的电压，从而减少了迟滞现象。

在本发明的一个实施例中，有一个由晶体管140、142以及电阻元件190、192、194和196所组成的恒流源，它向每一臂的调节差动驱动晶体管对(131、132)和(136、138)提供约0.3mA的电流。

差动晶体管对根据S WEEP信号或者交流抖动信号缓慢地把调节器的直流位置驱动到所需的位置上，以寻找峰值LIM信号。PWMO脉宽调制信号只用来差动地移动反射镜以达到BDI和RDI。同步相位解调器根据放大的LIM信号20的相位来连续地寻找峰值LIM信号。

现在参见图37，那里示出了以920B轴表示的MLG性能和以922轴表示的时间之间的关系曲线的一个例子。该例子的MLG在多个数据点上有一些采样数据。数据点924对应着95000小时。数据点926对应着95100小时。数据点927对应着95200小时的MLG寿命。数据点928对应着95300小时的MLG寿命。数据点929对应着95400小时的MLG寿命。数据点930A对应着95500小时的MLG寿命。最后，数据点931对应着95600小时的MLG寿命。图37还以直线934A示出了最小可接受的性能水平，该直线是对应于轴920B上数据点P0的恒定性能参数。图37示出了最近1000小时以来工作的假设的老化曲线形状，并示出了距离失效的估计时间大约是1500小时。可以看出，性能参数P的大小从点935A处的P₁下降到点934A处的P₀。可以用任何本技术领域内周知的曲线拟合方法来拟合数据点组924-931。在图37的例子中该曲线是一个二次方程曲线999。即性能参数等于K₁＋K₂T＋K₃T²，其中K₁、K₂和K₃是从性能数据组计算得到的系数，T是轴922上所示的时间。图37中的数据是在温度T＝T_特征下取得的。寿命T_LIFE定义为性能极限线934A和拟合曲线925A的交点。熟悉本技术领域的人们将会看到，对于每一个温度值将存在有一条类似于图37的特定的寿命特性曲线。

现在参见图38，其中示出了利用性能处理器352A的本发明MLG寿命预测设备。一个真实时间时钟350B向一个仓式(BIN)处理器351A输送日期时间。仓式处理器根据时间和预定的仓分配选出一个适当的存储仓。激光陀螺200向一个性能参数获取系统353B提供一组性能参数，例如RIM、LIM、和每个模式的电压等信号。性能参数获取系统向性能处理器提供所需的性能参数。起动模式传感器354A确定MLG是否处于起动模式，并向性能参数获取系统353B提供其他的性能参数。温度传感器33监测陀螺200的温度，并向性能处理器352A提供当前温度。性能处理器352A执行关于计算正确仓中的性能参数和温度范围的方法，以存储到存储装置355A的数据结构中。然后性能处理器352A向寿命估计器356提供所涉及到的每个存储仓中的当前参数。然后寿命估计器356向外部系统提供寿命估计357A和警告358。单变压器设计

MLG10含有一个控制器100、一个MLG模块200、一个主动电流控制器300，一个抖动探测放大器400、一个直接数字抖动驱动器500、一个光路长度控制(PLC)装置600，一个读出器700、和一个数字逻辑电路800。MLG10还包括一个高压起动模块350，它向激光器模块200和主动电流控制器300提供电源。

现在参见图41，其中示出了模块式陀螺电源的总框图，该模块式陀螺电源328由一个15V的直流电源203C供电。模块式陀螺电源包括一个功率为1.5W的DC/DC(直流/直流)转换器。该DC/DC转换器的体积小于0.2立方英寸。DC/DC转换器通过接地线207E接地。DC/DC转换器202B的输出是三种不同的直流电压。第一，直流320V的抖动驱动和起动电压提供在电压电源线204C上。第二直流-280V的光路长度控制和偏置漂移改进电源电压提供在电压电源线205C上。第三，直流-500V的运行电压提供在电压电源线206C上。模块式陀螺电源提供了一个紧凑高效的DC/DC转换器电源。

总之，一个名义值为直流+15V的单个输入电压产生了三个高输出电压：

1)+320V直流，用于直接抖动驱动和起动电路；

2)-280V，用于光路长度控制和BDI或RDI；

3)-500V，用于主动电流控制。该电源的总体积小于0.2立方英寸。总功率消耗为1.5W。

现在参见图42，那里详细地示出了本发明电源设备的电路原理本发明的MLG10使用一个廉价的小的内部变压器210C。该单个变压器210C用于Royer振荡器，以获得高效(80％)的DC/DC转换。

变压器210C含有4个带中心抽头的绕阻。绕阻227的第一端231连接在晶体管218B的集电极上。晶体管218B的基极211B连接在带中心抽头的绕阻229的第三端242B上。第一绕阻227的第二端(中心抽头)232A连接在15V电源203D上。电容C1215C与电阻R1216C并连，也连接在15V电源203D的一端。绕阻227的第三端233A连接在晶体管217A的集电极214B上，该晶体管和晶体管218B连接成接地的共发射极形式。晶体管217A的基极212B连接在绕阻229的第一端240A上。第二绕阻的中心抽头241A通过电阻R2220D接地。该接线端241A还连接到电阻R1 216C的另一端，在本发明的一个优选实施例中该电阻和R2 220D都是5kΩ。第三绕阻228B连接到变压器二极管221A上，向直接抖动驱动和抖动起动器225A提供300V的电源204C。该绕阻的中心抽头238B连接在直接抖动驱动器225A的另一端上。第三绕阻228B的输出端是239A端，它也连接在300V的电源204C上。第四绕阻230A的第一端238B通过二极管223A向光程长度控制器226B提供-500V的电源。绕阻230A的中心抽头235A连接在光路长度控制器226A的另一端。第四绕阻230A也有一个第三接线端236B，它通过二极管224C连接在-500V电源线206C上。在本发明的一个优选实施例中，导线的粗细是46号。DC/DC转换变压器的底脚适配在一个外壳中。变压器的两个尺寸为0.63英寸和0.36英寸，它的外部接线端在圆形容器的外周上，互相隔开30°。

现在参见图43，其中示出了本发明的另一个实施例。由初级绕阻1、2、3，反馈绕阻11、12、13和晶体管218B、217A构成了一个基本的Royer振荡电路。二极晶体管218B和217A由微处理器控制，以保证可靠的起动。

起动之后，晶体管218B和217A被切断，实际上脱离了电路。起动之后该电路完全靠Royer电路工作。自振频率将会自动调节到具有最佳效率，并避免磁芯的深度饱和，减少EMI辐射(电磁辐射)。

在该例子中，“有两个次级变压器绕阻。一个用于±320V，另一个用于-500V。为了减少齐纳二极管的数量，两个次级绕阻可以共用一个由三个齐纳管组成的齐纳管堆。齐纳二极管250B和251一起产生-280VDC，而加上了180VDC的齐纳管252B之后三个管子一起将产生-460VDC。

晶体管257和254A是串连稳压器。起动时晶体管243和244D将接通，使晶体管218B和217A截止。

经过一个短时间，1ms，之后，晶体管243在晶体管244D截止之前截止。这保证了晶体管218B在晶体管217A导通之前导通，从而避免了Royer振荡器中典型存在的亚稳态问题。变压器210E包括4个带中心抽头的绕阻。绕阻227的第一端231连接在晶体管218B的集电极上。晶体管218B的基极端211B连接在绕阻229的第三端242B上。第一绕阻227的第二端即中心抽头232A连接在15V电源203D上。电容C1215C和电阻R1 216C相关联，它们也连接在15V电源203D的一个端上，绕阻227的第三端233A连接在第二晶体管217A的集电极214B上，该晶体管和晶体管218B的发射极都接地207E。晶体管217A的基极212B连接在绕阻229的第一端240A上。第二绕阻229的中心抽头通过电阻R2 220D接地。绕阻229的中心抽头241A还连接到电阻R1 216C的另一端，在本发明的一个优选实施例中该电阻和R2都是5kΩ。第三绕阻228B连接到二极管221A上，以向直接抖动驱动器225A提供±320V的电源204C。绕阻228B的中心抽头238连接在直接抖动驱动器225A的另一端。第三绕阻228B的输出端239也连接到±320V电源204C上。第四绕阻230A的第一端234B通过二极管223向光路长度控制器226提供-500V电源。第四绕阻230A的第三端236B通过二极管224C也连接在-500V电源线206C上。

在一个例子中，晶体管218B的基极通过FET(场效应管)开关243受到经微处理器控制的HSO1的控制。晶体管217A被第二FET开关244D控制，后者又受HSO2的控制。第三绕阻228B的输出通过二极管网络向抖动电机和抖动起动电路提供电源。-500V电源206C的输出提供给一个齐纳二极管网络。通过电阻1M 253提供了0.05mA的电流。晶体管T5 257通过电阻258A向BDI电路提供-280V的电源。在0.056mF的光路长度控制器226B上提供了0.3mA的光路长度控制电流。晶体管T6 254A通过连接在其发射极上的10kΩ电阻255在0.022mF的电容256A上提供1.2mA的运行电流。

现在参见图44，其中示出了HSO1(高速输出1)和HSO2的控制曲线。微控制器HSO的时序图向DC/DC转换器电源提供了可靠的起动。这防止了任何控制晶体管进入不希望的状态。HSO1被保持一段时间的约5V的高电压，其后HSO1电压下降到0V，而HSO2信号则继续保持5V一段时间，直到T1+T超过T1+(1/2f)，其中f是电源频率。内部检测

现在再次参见图1B。MLG10包括一个含有内部检测设备(BITE)寄存器334的控制器100。微控制器100还含有一个通用异步接收发送机(UART)202，后者通过发送线206和接收线204与外部系统210通信。

数据是从陀螺10通过输出通道以预定的更新频率连续地传送给外部系统的。这是为了从微处理机120向外部系统210提供当前的惯性导航数据，其中还可以包括编码在状态字节中的其他信息。

现在参见图13，其中示出了使用一个外部系统210C的本发明的另一个实施例，如这里所说的那样，该外部系统与MLG10进行通信。熟悉本技术领域的人们可以理解，成批的检测指令可以被安装载到外部系统210C中用来在长时期内周期性地监视MLG系统10的性能。

现在参见图45，其中示出了用来监视直接抖动驱动器500的本发明方法，直接抖动驱动器设定一个表明抖动驱动是否正常的比特位。如果抖动驱动正常，则该比特设定为高；如不正常则设定为低。步骤868A检查在功能寄存器中是否设定了抖动驱动工作比特。在步骤870A中，如果设定了抖动驱动工作比特，则在步骤822A中设定比特0，以表明抖动驱动正在工作。如果没有设定抖动驱动工作比特，则处理进入步骤874A，清除BITE寄存器334的比特0。这表明抖动驱动不正常。当外部系统读出该BITE状态寄存器334时，比特0可能指示无效的抖动驱动。不论何种情形，该处理都在步骤876A处结束。

现在参见图46，其中示意性地示出了本发明监视读出计数器的方法。读出计数器有一个预定的高限，它存储在EEPROM102中。读出计数器监视方法从步骤878A的由陀螺10输入一个读出计数器值开始。然后在步骤880A中从EEPROM102取出读出计数器的高限。在步骤882A中，判断读出计数器值是否大于预定高限。如果大于高限，则处理进入步骤884A，把BITE寄存器的比特1设置为1。这表明读出计数器不正常。如果读出计数器值小于高限，则处理进入步骤886A，把BITE寄存器的比特1设置为0。这表明读出计数器正常，不论哪种情形，该处理都在步骤888中结束。

现在参见图47，其中示出了MLG10检验激光驱动电路的方法。关于激光驱动电路参见图4中的BITE1和BITE2，它们在控制器100中经过了A/D转换。激光驱动电路监视处理从步骤890开始，在那里对主动电流控制的比特1第一臂进行A/D转换，如图4所示。然后处理进入步骤892，检验第一壁是否位在陀螺起动时预先确定的窗口中。电流的限制值存储在EEPROM102中。如果第一臂电流不在窗口内，则处理进入步骤894，设置BITE寄存器334的比特2，以表明第一臂电流不在限制值内。如果第一臂在预定窗口内，则处理进入步骤896，把BITE寄存器的比特又设置为0。然后处理进入步骤898，对主动电流控制环的比特2第二臂进行A/D转换。然后处理进入步骤912B，检查第二臂是否在第二臂窗口内。如果不在，则处理进入步骤914B，设定BITE寄存器334的比特3，以表明第二臂不在窗口内。如果第二臂电流在窗口内，则处理进入步骤916A，把BITE寄存器334的比特3设置为0。不论何种情形，该处理都于步骤918A结束。

现在参见图48，其中示出了本发明传感温度的方法。温度传感器的限制值检验从步骤920C的背景中断期间进行的A/D转换开始。处理进入步骤922A，从EEPROM102中读出温度值的上下限。在步骤924A中，检查温度是太高，太低，还是在限定范围之内。如果温度太低，则处理进入步骤926A，把BITE寄存器334的比特4设置为1，这表明陀螺温度在低的一侧超出了限定范围。如果温度太高，则处理从步骤924A进入930B，设定BITE寄存器334的比特5，以表明陀螺温度过高。如果温度处在限定范围之内，则进入步骤928A，把BITE寄存器334的比特4和比特5设置0，不论何种情形，该处理都进入步骤932B，并在那里结束。

现在参见图49，其中示出了探测是否存在有采样脉冲丢失的本发明方法，该探测通过计算并预测发生下一个系统采样时钟来实现。采样时钟的重要性在于，外部系统需要得到同步于在整个惯性导航系统中统一的外部时钟的惯性导航数据。如果没有这个能力，则惯性导航数据将可能被异步地提供，造成惯性位置估计的不精确。

图49的处理在刚初始化时在步骤150A中起动一个计数器。然后处理进入步骤152A，获取来自系统的采样时钟的采样脉冲边缘，后者在步骤154A中产生一个中断。然后该中断起动一个称之为中断环170的处理。中断环安排A/D转换。当产生中断时，在步骤156A中把步骤150A的计数器的计数值作为T_NEW(新T)存储起来。然后处理进入步骤158A，从存储器中读出上一次发生中断的时间T_OLD(老T)。然后处理进入步骤160B，计算上一次中断和新中断之间的时间差△T_NEW。然后处理进入步骤151，计算采样脉冲的预期窗口T_WIN，它等于T_OLD+△T_OLD。处理进入判断步骤153，检查新时间是否在预期的窗口内。如果新时间符合预测的采样频率，则在步骤155中清除BITE寄存器334中的丢失采样脉冲比特位。如果新时间不符合预测的采样频率，则处理进入步骤157，设定BITE寄存器334中的丢失采样脉冲比特位。不论何种情形，该处理都回到步骤162A。

在步骤162A中，在微处理器的高速输出中建立A/D转换。发生高速输出的新时刻是T_NEW+△T_NEW。然后处理进入步骤164A，设定T_OLD为T_NEW，然后处理返回步骤152A，获取下一个采样时钟。图49的方法动态地补偿了系统采样时钟周期的变化，从而动态地跟踪了系统采样时钟的行为。A/D转换步骤162A也为直接数字抖动驱动所利用。抖动剥除器增益校正

现在参见图51，其中示出了本发明一个实施例所采用的用来采样抖动信号的采样方法的图形。曲线5710代表一个正比于抖动角α的抖动驱动信号。由曲线5710所代表的抖动驱动信号典型地可以由安装在环形激光陀螺的抖动电机上的压电元件产生。如前所述这种机构在本技术领域内是众所周知的。根据本发明，峰值振幅P₁、P₂、P₃、…P_n可以在相应的时刻t₁、t₂、t₃…t_n探测到。除了读出这些峰值振幅之外，还可以在每个同样的相应时刻t₁、t₂、t₃…t_n上同时探测出环形激光陀螺的输出角。

本发明的方法除了提供峰值探测之外，还提供用来探测过零点Z₁、Z₂、Z₃…Z_n的手段。这些测量在时刻t_z1、t_z2、t_z3…t_zn上进行。这些抖动角信号过零时刻在本发明方法中用来确定相位角误差，如下面将进一步讨论的。

如下面将较详细地说明的那样，利用本发明的方法和设备，经剥除后的陀螺角的数值的变化，或者也可以称作是陀螺净输出的变化△φ是根据下式计算的：△φ＝(φ_n-φ_n-1)-(α_n-α_n-1)K，其中K是在为了产生剥除后的陀螺角输出而从未经剥除的陀螺角中剥除掉抖动信号成分时作用于抖动信号的一个增益校正因子。φ_n的含义与前述表达式中的一样，代表在时刻t_n所采样的未剥除陀螺角。在本发明的一个实施例中，K也被叫做DSGAIN。然后这些具有α_n的正负号的△φ被在一个积分器中求和，以校正K的值。利用本发明方法，因为α_n和α_n-1在时间上对应于所选定的峰值振幅的时刻，在典型情形下它们分开得较宽，所以△φ的值具有基本上最大的灵敏度。

现在参见图31A，其中示出用来实现本发明的抖动剥除方法的微控制器设备的方框图。该设备包括微控制器100，数字逻辑电路3410、第一A/D转换器3428、读出放大器3414、温度传感器33、抖动探测设备2024、和抖动驱动电路3402。该微控制器可以包括任意个数的普通微控制器。微控制器100的电路板上最好还有一个A/D转换器110。抖动驱动电路3402接收抖动驱动信号3404，以便通过驱动线3423以普通的方式驱动环形激光陀螺中的抖动电机。抖动探测信号3422从驱动元件接收，在本例子中从一些压电元件(PZT)接收。抖动探测信号3422被抖动探测设备2024中的一个放大器3424放大，然后由抖动探测设备提供在线2306和3426上。线2306连接在第二A/D转换器2304的第一输入端上。线3426连接在第一A/D转换器3428的一个输入端上。温度传感器33在线31上输出一个温度信号，它也被第二A/D转换器110的第二输入端所接收。

来自环形激光陀螺的读出计数由线1720上的探测器A和线1722上的探测器B接收。读出放大器分别在A、B通道3416和3418上向数字逻辑电路3410提供放大的计数信号。数字逻辑电路3410还通过接口总线3429连接到第一A/D转换器3428上，以接收数字化的抖动探测信号。数字逻辑电路还通过总线3412连接到微控制器上，以便以普通的方式发送数据和地址。采样请求线2390用于外部系统对陀螺输出数据的采样请求。采样请求线2390象中断那样工作，以提供所请求的数据。

在一个实施例中，数字逻辑电路3410包括一个由“ACTEL”制造的A1225型集成电路。数字逻辑电路3410的更详细的说明如图52所示。熟悉本技术领域的人们可以看到，为了向模块式环形激光陀螺加上更多的性能，可以在微控制器中加上其他的元部件。

现在参见图52，其中示出了数字逻辑电路3410的较详细的方框图。数字逻辑电路3410包括A/D控制逻辑电路2348、第一锁存器2362、第二锁存器2368、多路转换器2350、地址解码器2354、向上/向下计数逻辑电路2376，和可逆计数器2374。来自第一A/D转换器3428的线组5829包括一个A/D串行数据线2378、一个芯片选择线2380和一个系统时钟线2382。A/D控制逻辑电路2348还接收来自外部数据请求的采样请求线2390。A/D控制逻辑电路2348接收A/D串行数据线2378上的抖动探测信息。然后A/D控制逻辑电路2348处理A/D串行数据2378，以通过丝2356向多路转换器2350提供抖动角α的值。

向上/向下计数逻辑电路2376接收通道3416上的来自环形激光陀螺的读出值A和通道3418上的来自环形激光陀螺的读出值B。向上/向下计数逻辑电路2376以众知的方式处理读出信息，并把它传送给可逆计数器2374。来自可逆计数器2374的数字被提供给锁存器2362和2368。第一锁存器2362在图51所示抖动信号的每个峰值点和过零点处被微控制器3406通过控制线2394激活。第二锁存器2368被加在采样请求线2390上的外部请求所产生的控制线2360上的激活信号所激活。当第二锁存器2368被激活时，它锁存计数器的输出2366，该输出作为环形激光陀螺的计数角θ通过线2370被发送给多路转换器2350。根据微控制器通过线2352向地址解码器2354所提供的地址的不同，地址解码器借助于线2355上的控制信号来控制多路转换器2350，使抖动角α、陀螺角φ或陀螺角θ通过多路转换器2350转换到总线3412上。

为了理解图52，注意到环形激光陀螺的计数角θ和φ可以具有相同的值是有用的。也就是说，它们都具有未剥除时的陀螺角的值。不过，角φ仅在与前述结合图51所说明的抖动探测信号的峰值点和过零点基本上相同的时刻上才被锁存。反之，角φ是在处理外部系统的请求时所取的陀螺计数数据。外部系统的请求可以发生在任何时刻。此外，提供给外部系统的角θ可以是一个经过校正的角度，其校正是通过以类拟于这里所讨论的为内部使用而设计的推导剥除陀螺角输出的方式，而施加以前的校正因子来实现的。

现在参见图53，那里示出了本发明一个实施例中用来计算剥除陀螺输出角的变化△θg的方法和设备的原理方框图。压电元件(PZT)或其他抖动驱动元件3420向放大器3424提供一个抖动信号3422，该放大器向第一A/D转换器3428输出一个放大的抖动信号3426。第一A/D转换器3428把从线3426上接收到的模拟信号转换成线3430上的数字数据信号，后者被提供给标为DSGAIN的增益元件3432。DSGAIN3432在线3434上的输出是抖动角α。线3434上的抖动角α在第一求和结点3436处被加上由相位校正设备3440在线3441上提供的相位校正量。第一求和结点3436在线3442上的输出被提供给第二求和结点3444，在那里它被减去由非线性校正设备3484提供在线3486上的一个非线性校正因子。然后第二求和地点3444通过线3446向第三求和结点3447提供一个校正后的信号，在该结点处该信号被减去由存储装置3450以通常方式所提供的以前的抖动角。然后，该差值通过线3452被提供给第四求和结点3458，在那里它被加上存储在存储元件3453中的以前陀螺角，并减去可以量存储在存储装置3454中的当前陀螺角。第四求和结点的输出通过线3460被提供给第五求和结点3461，在那里它被加上来自模块3476的偏置和热偏置项K1、K2、K3以及当前偏置项KI。是否使用当前偏置项KI是任选的。KI可以由工厂的标定测量确定。输出通过线3463提供给第六求和结点3466，在那里被加上温度计数K4、K5和K6。在第七求和结点3470处第六求和结点3466的输出被加上由模块3482在线3480上所提供的定标因子校正，从而给出本例子中最终的剥除陀螺角△θg。

在本发明的另一个实施例中，抖动剥除和整个本说明书中所说明的有关计算都可以通过参照剥除的和未剥除的陀螺角自身来完成，而不必利用剥除陀螺角的变化量。该另一个方法免除了减去以前抖动角和以前陀螺角的需要，这是因为它累加了所有的角度来提供代表陀螺角输出的计数。剥除陀螺角也可以表示为所有剥除陀螺角的变化的总和。

对陀螺和抖动的计数的校正和调整至少可以达到1.0个计数的分辨率，而且还可以达到小得多的值，即可以低到0.1个计数的分辨率。熟悉本技术领域的人们也可以看出，上述各个项可以以任意的次序来求和。

非线性校正量是一个常数值。它存储在一个存储装置内，例如存储在图31A中的EEPROM1007内。本发明一个实施例中所采用的值近似为：

CORR＝((ALPHA－ZERO)＋8)²＋5000其中，

CORR为校正量，

ALPHA为当前测得的抖动探测角，以及

ZERO为计算的抖动角(即假定的中间值)或零点值。

数值5000只是一个例子，它可以随例如温度而改变。该校正是对正非线性情形而言的，也就是说，如果测得的角度因太大而需要从测量值中减去该校正量，从而使测量值减小。熟悉本技术领域的人们可以看出，也可以采用其他的非线性公式，例如用三次方程来代替二次方程。

探测电压和陀螺角之间的相位误差校正设备3440可以通过在陀螺抖动角位置上测量相位误差角来进行推导。对应于外部系统请求时刻的其他角度处的相位误差最好通过一个查找表来寻找，该查找表包括一个预定的误差校正函数的数值，例如余弦函数或正弦函数的数值，这些数值是以峰值抖动角的百分比来表示的。

在一个例子中，图55所示的相位环确定了正向过零点和负向过零点处的相位误差计数。这样得到的值叫做MAXPHASE(最大相位)，它是一个有正负号的量。当发生系统采样请求时，典型的情况是它出现在抖动周期中的任意一个相位角下。通过在出现请求时的相位角上测量抖动角，并且对测得的抖动角和最大指令抖动角ALPHAMAX进行比较，就可以确定抖动周期中的相位角的正弦。然后可以把相位校正理确定为抖动周期相位角的余弦乘以MAXPHASE。可以使用一个关于正弦值和余弦值的对应关系的简单查找表来查找相位校正量。

在求和结点3447处，从当前抖动角值中减去以前值，从而产生了角度变化量。在考虑这一处理时必须注意到，RLG(环形激光陀螺)是一种积分或速率陀螺，其输出代表输入速率和陀螺输入轴的点积的积分。这个相减处理还用来保证它不可能在陀螺输出中引进误差。这个输入角的变化△α是RLG在求和结点3458处所进行的基本测量。

下面讨论偏置常数的确定。偏置校正每秒钟进行一次，它的过程是读出存储的系数K1、K2、K3，并按下式计算计数误差DELTA：

DELTA＝K1＋K2×TMP＋K3＋TUP2＋DELTAR其中，

TMP为温度的滤波值

DELTA为计数校正量

DELTAR为DELTA的余数(大于1个计数时精度为0.001个计数)。

每秒一次对当前的滤波温度TMP和称之为TMPP的以前温度进行比较。在一个例子中，如果两者之差的绝对值大于0.2°F，也即对应于校正量大于0.1角秒；则按下式计算校正量，并用它来校正陀螺的输出：

DELTA＝(TMP－TMPP)×(K4＋(TMP＋TMPP)/2×K5)＋DELTART TMPP＝TMP

这个校正值可以以0.1个计数的增量加到输出角上，而任何0.001个计数的剩余角度则留下作DELTART。这样就保持了0.001度/小时的精度。注间，一个计数对应于1.1123角秒，1个计数/秒则对应着1.112度/小时。在MLG的一个实施例中，这些项中的最大值约为每2°F2角秒。因此，即使当温度变化率为300°F/小时时，这个项也不大于0.12个计数/秒。

定标因子3482可以校正到百万分之一的精度。可以监视总输出角，并且每当总输出角等于或大于一个预先存储的带有正负号的值时便可以对计数进行校正。这个校正可以在每当输出DELTAR大于1000个计数而出现输出请求时来完成。必须保留余数以保持1ppm(百万分之一)的定标因子精度。当模式改变时这个值可能有约4ppm的改变。

现在参见图54，其中示出了本发明的一个例子中所采用的用来计算抖动剥除增益的方法和设备的功能图。抖动剥除增益DSGAIN是作为每个峰值点处的抖动驱动值的函数来计算的。DSGAIN可以用来把PZT测量电压校正成为以计数值表示的基本上准确的拌动角度。DSGAIN的量网为陀螺计数/伏。在RLG系统刚起的前三秒和其后的12秒，该增益的时间常数为0.2秒。

抖动剥除增益的计算可以如下来进行。在每个抖动峰值处，例如当抖动输出是为抖动驱动环而测量时，PZT3420在线3422上输出一个信号，然后该信号被放大器3424放大。放大的PZT信号被输出到线2306上，然后被A/D转换器110接收，后者在线2308上给出一个代表PZT输出的数字信号。然后利用未剥除陀螺角、以前的未剥除陀螺角的值和来自存储参数的非线性校正量3484，找出增益校正因子DSGAIN的值。从增益元件3422得到的输出作为增益校正抖动角输出在线2310上，然后被一个定标元件3412接收。定标元件3412对抖动角进行定标。在本发明的一个例子中，定标元件34312把线2310上的增益校正抖动角除以1000。定标之后，在求和结点2316处在定标的抖动角上加上非线性校正量3484。求和结点2316在线2318上输出非线性校正后的抖动信号，该信号被第二求和结点2320接收。注意，并不需要每次都重新计算非线性校正量，这是因为在等于指令角的峰值抖动角处，非线性校正量总是相同的。这个非线性校正量的值可以从存储的参数中读出。

第二求和结点的输出是一个差值，它通过线2328被输送给第三求和结点2329。模块2331存储了以前的未剥除陀螺角，而模块2322存储了当前的未剥除陀螺角。当前的非剥除陀螺角被季加在线2324上，它被从线2328上的差值中减去，同时，以前的陀螺角被加在线2326上，它在第三求和结点处被加到线2328上的差值上去。得到的值被施加到线2330上，被增益倍乘器2332处理。在一个例子中，协益倍乘器2332在RLG刚起动的第一貌在RLG刚起动的第一秒内对线2330上的值乘以增益600，其后则乘以增益10，以产生一个增益校正值。倍乘器2332就是以这种方式来调节增益校正环中的时间常数。然后增益校正值在一个32比特的寄存器2335中被累加。寄存器2335包括一个低16比特寄存器2336和一个高16比特寄存器2340。这些高的比特(寄存器2340)用来校正DSGAIN因子。施加在抖动角上的增益因子DSGAIN就以这种方式不断地被更新。

现在参见图55，其中示出了本发明所采用的用来测量相位误差角的方法和设备的一个例子的功能图。可以看出，图5 5的设备包括PZT3420、放大器3424、A/D110、增益元件3432、和定标元件34312。这些元件基本上以与图54中相似的方式工作。定标的抖动角通过线2414被发送给第一求和结点，后者向第二求和结点2420输出一个差值，第二求和结点还从存储装置3450接收一个代表以前抖动角的值。第二求和结点通过线2422向第三求和结点2425提供一个第二差值。第三求和结点2425还从模块2430接收一个代表过零点处的未剥除陀螺相位角的值，以及从模块2434接收过零点处的以前的未剥除陀螺相位角的值。过零点未剥除陀螺相位角和以前的过零点未剥除陀螺相位角分别被从第二差值中减去和加到第二差值上，以在线2436上产一个校正角。然后该校正角被乘上一个来自相位角增益倍乘元件2438的因子，从而在线2440上产生一个过零点处的误差角计数值。根据线2440上的过零点误差角计数值的正负号，该输出被转换作为正值或负值输入给寄存器2445。寄存器2442构成32比特寄存器2445的低16比特，寄存器2444构成其高16比特，转换开关451的正负号随过零点抖动角的正负号改变，如下所述。偏置校正

偏置值和温度之间的系数是在检测时对每个单元来确定的，如下表IA所示。

表IA系数量纲典型值 200°F下的值K1度/小时 0.128 0.128K2 度/小时/°F 0.000246 0.049K3 度/小时/°F² 0.000000089 0.036

对于本发明的一个实施例的微控制器的操作来说，系数K1、K2、K3都可以当作一个16比特的数来处理，并且所有的计算都可以保持至少2×10^-4度/小时的精度。

各个K’系数的值是用于定标因子(SF)的校正的，在本发明的一个实施例中，它们可以如下表IIA所示。

表IIA系数计算 200°F时 200°F时的最小校正每最小比比典型值

的最大值值(最低比特位的1/2) 特位的Q值K1′ K1×2¹³/SF 4.0度/小时 0.60×10^-4/小时 0.60×10^-4 943K2′ K2×2²¹/SF 3.2度/小时 0.48×10^-4/小时 /小时 464K3′ K3×2²⁹/SF 2.4度/小时 0.38×10^-4/小时 430然后，这些系数被用来按下列公式校正陀螺输出。

△θ ＝2³[K1′＋K2′T/2⁸＋K3′T2/2¹⁶]

θc ＝θc＋△θ(32比特的数字)

θc(输出)＝θc(高16比特)

θc ＝θc－θc(输出)×65536温度角校正

作为温度的函数的用来校正角度误差的系数可以通过对每个陀螺的陀螺温度检测来确定。典型的系数如下表IIIA所示。

表IIIA系数量纲典型值在200°F和360°F

/小时的变化率时的值K 4度/°F -0.35×10^-3 -0.126度/小时K 5度/°F/°F 0.17×10^-5 0.122度/小时

对于微控制器的操作而言，在输入的温度变化率为360°F/小时和200°F的情形下，系数K4和K5都可以按16比特的数字处理，并且所有的计算都可以以至少2×10^-4度/小时的精度来进行。为了保持精度，存储在微控制器中的数据最好能进行16比特的计算。用于定标因子(SF)校正的系数K’的值如下表IVA所示

表IVA系数计算 200°F和360°F 每小时最小值典型值时的最大值 K4和K5K4′K4×(3600)×2¹⁰/SF 3.2度/小时 0.48×10^-4度/小时 -1160K5′K5×(3600)×2¹⁸/SF 2.5度/小时 0.38×10^-4度/小时 +1442

然后系数K4和K5可以被用来以下列公式来校正陀螺输出Q：△θ＝2⁶[K4′＋(K5′×(T_N＋T_(N－1)))/2⁹]×[T_N－T_(N－1)]△θ＝64[K4′＋(K5′×(T_N＋T_(N－1)))/512]×[T_N－T_(N－1)]θc＝θc＋△θθc(输出)＝θc(高16比特)θc＝θc-θc(输出)其中T_N和T_(N-1)是以1至10秒的间隔测得的相继的陀螺温度。定标因子校正

定标因子校正可以利用一个数N以约1ppm的精度来完成。其中的数N等于在进行一个计数的校正之前的计数数目。“N”值在定标时刻通过如下的公式把测得的定标因子SF除以误差计数来计算：N＝SF/(SF-SFo)，其中：

SF是测得的每一转的定标因子计数，SF_o是各义调整的每一转的定标因子计数。

N值在微处理器中用来校正定标因子，即每当输出增加或减少N个计数时，适当地增加或减去一个计数。模式跳变

再次参见图39和40，那里示出了光路长度控制，最优模式获取、和模式跳变的详细电路原理图。在模式获取和模式跳变时，偏置漂移改进BDI脉宽调制信号被设定在50％，使得积分放大器122的输出位在中间范围的2.5V上。积分放大器122的输出被放大器130倒相，后者也设定在2.5V。虽然不一定需要，但为了易于说明，偏置漂移改进信号BDI和不偏置漂移改进信号NBDI在模式获取和模式跳变时都可以位在中间范围的2.5V上。

PLC利用数字逻辑电路800来产生对反射镜的抖动驱动。在模式获取和模式跳变时，扫描信号112被激活，而不抖动信号119和抖动信号118不出现。接通信号116和不接通信号114则总是以3KHz的频率被激活的。这些信号是一些数字逻辑电平。抖动信号118是不抖动信号119的补信号，接通信号116是不接通信号114的补信号。如果扫描信号112与接通信号116同相位，则节点176处的光路长度控制信号向上扫描。如果扫描信号112与接通信号116有180°的相位差，则节点176处的光路长度控制信号向下扫描。

通过向仅与反射镜13相关的换能器A交流耦合进一个小的90°相移信号，抖动信号和不抖动信号使反射镜位置产生一个小的位移。这使得图39和40的电路得以锁定在一个局部极值上。智能的模式获取使电路接近于局部最大LIM信号20，并且电路的抖动部分锁定在准确的峰值点上。抖动和不抖动信号使来自光电探测器160的功率信号有一个小的调制。这个小的调制表现为LIM信号20的直流成分上的一个交流成分，并通过电容172进行交流耦合。然后该信号通过寄存器174传向放大器128B的求和结点，受到增益等于150K/5.36k的放大。然后该信号129被输送给同步相位解调器126A。

当信号129与接通信号116同相位时，同步相位解调器126A在节点176上给出一个向上扫描信号，当信号129与接通信号116相位相反时则在节点176上给出一个向下扫描信号。

PLC差分放大器对包括晶体管131、132、136和138。在本发明的一个实施例中这4个晶体管是摩托罗拉公司的零件号为MMBT6520的PNP晶体管。在本发明的一个实施例中，这些晶体管的最大集电极电压为350V，但降低到280V工作。使用PNP管相对于使用NPN管的一个优点在于，PNP在较低电流和较低温度下有较大的β参数，从而降低了模块式陀螺的功耗。该例子的另一个优点是，恒流源晶体管140和142是流行的低电压表面型PNP管。流过晶体管140和142的电流分别是由两个电源电阻190和194设定的。晶体管140和142的基极电压是由电阻网络192、晶体管141和电阻196建立的。加进晶体管141的目的是进行温度补偿，使得所有三个晶体管140、141和142之间的基极发射极压降能够跟踪温度变化。本发明利用晶体管140、141和142保持了激光陀螺工作温度范围内的比较恒定的电流源。本发明还利用了一个10V的参考电压193。以往的技术只是简单地把一个固定的电阻作为电流源，这使得换能器电压是节点176处的PLC监视电压的非线性函数。所以本发明使得每个模式的电压的计算与PLC的电压范围无关。

积分放大器124利用了极点和零补偿技术来匹配由一个一兆电阻和晶体管136和131的基极集电极电容所产生的极点。这增宽了闭环系统的闭环频率响应。

一个峰值探测器171连接在放大器128B的输出端，使该输出在被输送给A/D转换器110以提供SBS信号之前受到滤波。

图56示出获取初始激光工作模式的方法的原理性方框图。该方法在微控制器100实现并存储在微处理器120的程序存储器中。该寻找初始模式的方法在陀螺起动时要找出陀螺应该工作于哪个初始模式方面是有用的。图15表明陀螺可以有许多工作模式，而初始模式获取方法的任务就是要确定一个在整个工作温度范围内的最优模式。

图56所示的处理从步骤6370的起动陀螺开始。然后在步骤6372中测量模块的温度。然后微处理器120根据V_PLC的二次方程P_PLC＝V₀＋V₁T＋V₂T²＋V₃T³来计算PLC监视的期望电压，其中T是测得的模块温度。初始的V0、V1、V2、V3参数由在工厂内制造陀螺时对激光陀螺200的测量来提供。本发明的方法所用的V0、V1、V2、V3、K1和K2等参数存储在图5中标作EEPROM102的EEPROM中。然后处理进入步骤6376，对PLC电压扫描。扫描PLC电压的方法将在下面参考图57来说明。然后在步骤6377中处理锁定在LIM峰值点上。然后处理进入步骤6378，测量PLC监视电压。然后处理进入步骤6380，利用公式V0＝V_PLCMON-V₁T-V₂T²-V₃T³来计算新的V₀，其中V_PLCMON是测得的监视电压。在步骤6382中把新的V₀存储在EEPROM中，准备用于PLC监视的下一次扫描。然后处理进入步骤6348，重新标定陀螺的每个模式的电压。关于计算每个模式的电压将在图58中说明。

现在参见图57，其中示出了使光路长度控制换能器扫过多个模式以寻找模式极大值的本发明方法。这个扫描方法例如在图56方法的步骤6376中使用。图57的处理从步骤9202开始，它把脉宽调制器调节到50％，以切断偏置漂移改进(BDI)信号。虽然在模式获取和模式跳变时保持BDI在50％PWM上不是必需的，但这能产生更精确的电压/模式的计算。然后处理进入步骤9204，切断反射镜的抖动。这将防止自动最大搜索闭环设备受到图57方法的干扰。然后处理进入步骤9206，由微控制器100上的A/D转换器测量的PLC监视电压。然后处理进入步骤9208，将PLC监视电压与希望的PLC电压进行比较。希望的PLC电压是在步骤9209中输入的。如果系统测得的PLC监视电压大于希望的PLC电压，则处理进入步骤9210，使PLC电压向下扫描。如果测量的电压小于希望的PLC电压，则处理进入步骤9212，使PLC电压向上扫描。光路长度控制器的向下和向上扫描是利用图39和40的电路来完成的，其中使光路长度控制器进行相应的调整。然后处理进入步骤9214，其中的处理等待PLC电压达到指定的PLC位置，这时电压V_PLCMON等于所要求的电压V_PLC。否则，在步骤9212和9210的情况下处理将返回到继续对测量电压和希望电压之间差别的评估。一旦等待到了光路长度控制位置已达到指定的光路长度控制位置V_PLC的时候，处理便返回到步骤9216，接通反射镜抖动以锁定在局部最大LIM信号20上。然后处理进入步骤9218，激活BDI方法。

图58示出用来计算激光陀螺每个模式的电压的本发明方法的流程图。该处理起始于步骤92.20，首先测量光路长度控制监视电压。然后处理进入步骤9222，按下式计算目的模式：V_PLCNEW＝V₀+K₁(1＋K₂T)＋V₁T＋V₂T²＋V₃T³。然后处理进入步骤9224，使激光陀螺扫描到V_PLCNEW电压上。处理进入步骤9226，其中本方法所提到的电压是如下定义的。V_P是在初始模式下光路长度控制器的电压，它是用图56的方法找到的。V_P+1是在比初始模式高一个模式的光路长度控制监视器的电压。V_P-1是在比初始模式低一个模式的光路长度控制监视器的电压。处理步骤9222按V_P+1计算下一个目的模式。在步骤9226中，测量准确的V_P+1值。对正方向和负方向计算每个模式的电压。正方向的每个模式的电压叫做VPM+，负方向的每个模式的电压叫做VPM-。然后处理进入步骤9228，按照初始模式的Vp和比初始模式高一个模式的电压V_P+1之间的电压差来计算正方向的每个模式的电压。然后处理进入步骤9230，按照V0-K1(1+K₂T)＋V₁T＋V₂T²＋V₃T³来计算负方向的新电压V_PLCNEW。然后图58的处理进入步骤9332，按照图57的方法使PLC换能器扫描到V_PLCNEW。然后处理进入步骤9234，按照光程长度控制监视器的初始电压和新电压V_P-1之间的电压差来计算负方向的新的每个模式的电压。在步骤9236中，按照负方向的每个模式的电压的绝对值加上正方向的每个模式的电压除以2再乘上1＋K₂T来计算新的K₁常数。然后处理进入9238，把新K₁存储到EEPROM102中。

现在参见图59，其中示出了使激光陀螺在如图15所示的激光陀螺模式图中的多个模式之间进行模式跳变的本发明方法的流程图。阅读图59时需要参考图60，后者示出了在图15的激光陀螺模式图中的各个模式F、E、D、C和B上的激光强度监视信号20的大小。模式跳变的第一个步骤是9242，其中测量光路长度控制监视电压。采用本发明模式跳变方法工作的激光陀螺具有图15中478和479所示的最大和最小光路长度控制监视电压，这两个电压用作光路长度控制电压摆动的极限。模式跳变处理进入决策步骤9244，在那里根据采用本发明方法的激光陀螺是要向下还是要向上跳变一个模式而分叉成几个不同的处理步骤。

如果不希望有模式跳变，则图59的处理进入步骤9254，以结束模式跳变。在下面的讨论中VPM的定义是，当PLC监视电压转变一个模式时相邻两个LIM极大值之间的差值，因此它的单位是伏特。在本例子中VPM＞＞1。在本发明的一个实施例中，当测得的光路长度控制电压小于最大电压减去VPM值时，或者当光路长度控制电压大于VPM值时，激光陀螺不一定会跳变一个模式。这两种情形中的任何一种都表明没有模式跳变的需要，因为当前激光陀螺正工作在良好的模式上。良好模式是指这样一种模式，它所提供的电压摆动在陀螺工作极限范围之内。这使得像偏置漂移改进和反射镜抖动这样的操作能够保持一个适当的模式范围。适当的模式范围是指这样一个范围，当反射镜在抖动时或者当反射镜在通过偏置漂移改进循环时它不会落到最大或最小PLC监视电压的外面。

最大和最小PLC监视电压是用特定的驱动电路来达到的，这种电路随着不同的激光陀螺实施例而不同。

现在回到分析向下模式跳变情形的决策步骤9244。当光路长度控制电压大于最大电压减去VPM值时将发生向下模式跳变。这意味着没有BDI向上跳变一个模式的“前方空间”。然后图59的处理进入步骤9246，增加主动电流控制的电流。在图60中，主动电流控制电流的增加表现为激光强度监视信号9266从曲线9268增大到曲线9270。高能量的LIM曲线9270代表用于模式跳变的高电流。在模式扫描时高电流是需要的，它能保证即使在曲线9270的谷点处激光强度监视信号输出也至少和正常模式的最大工作电流一样高。较高的电流可以防止由于激光信号降低得太低而造成错误计数，也即可以防止激光器的任何惯性导航计数的丢失。主动电流控制是根据具体陀螺的性质来增加一个预定的电流的。

然后处理进入步骤9250，使光路长度控制电压扫描到当前电压减去VPM值。激光陀螺的每个模式的电压是按照图58的方法计算的。然后处理进入步骤9256，使主动电流控制电流从由曲线9270所代表的大小降低到由曲线9268所代表的较低的大小，即正常工作电流水平。通过在模式跳变之后降低电流可以延长陀螺的寿命。

现在回到处理步骤9244，假定光路长度控制电压小于VPM值从而表明要进行向上跳变。这个情形表明不再存在光路长度控制电路的“向下空间”。然后处理进入步骤9248，其中与步骤9246一样，增加主动电流控制电流，以防止激光惯性导航计数的丢失。然后处理进入步骤9252，把光路长度控制电压扫描到按照V_PLCMON加上VPM值计算的新电压。该扫描方法如图57所示。不论是从步骤9250或是9252，处理都进入步骤9256，降低主动电流控制的电流。然后处理进入步骤9258，测量新的光路长度控制电压，然后处理进入步骤9260，对新模式的新位置计算新的每个模式的电压。然后处理进入步骤9262，这时已经成功地产生了模式跳变，控制返回到监视控制环。

熟悉本技术领域的人们可以看到，对于下述的环境模式跳变是有用的，在该环境中激光陀螺系统经历着大的温度极端条件，这些极端条件趋向于使当前的工作模式超出激光陀螺的工作范围。

现在参见图61，其中示出了获取起始模式的方法。在起动激光陀螺时必须找到一个工作模式。重要的是要挑选出一个能够提供完整工作范围的模式。该方法起始于步骤7702，通过向上和向下扫描模式来获取一个模式。在步骤7704中确定模式位置。如果模式位置位在希望的模式上，则处理于步骤7706中停止。如果不能找到希望的模式或其他接近的模式，则在步骤7708中报告获取模式失败。

现在参见图62，其中示出了一种预测方法，该方法预测：一个被选的工作模式是否适合于陀螺在一个宽广的温度范围中工作。

该处理起始于步骤7710，其中微控制器根据当前模式的模式曲线预测在陀螺的工作温度范围中它是否会超出范围。如果在当前模式下陀螺不会超出范围，则该处理在步骤7714中停止。如果在该模式下陀螺可能超出范围，则在步骤7712中使陀螺转变到一个较好的模式上去，如果能找到这种模式的话。如果不能够找到一个较好的模式，则陀螺在工作中有可能必须发生模式跳变。在本发明的另一个实施例中，可以在步骤7716中设置一个模式跳变旗标。在又一个实施例中，陀螺可以连续地监视超出范围的可能性大小。如果改变了模式，则处理进入步骤7718，重新计算每个模式的电压。

现在参见图63，其中示出了监视一个控制点以判断是否要改变模式的方法。该处理起始于步骤7720，监视一个控制点，例如光路长度控制电压。如果在步骤7722中发现超过了控制点，也即光路长度控制电压超出了范围，则处理进入步骤7724，以改变模式。如果在步骤7722中发现没有超过控制点，则处理在步骤7726中停止，或者回到步骤7720以监视控制点。步骤7724中的处理判断模式是应该向上还是向下改变。如果模式应向下改变，则处理进入步骤7730。否则处理进入步骤7728，以向上改变一个模式。然后处理返回到步骤7720，监视控制点。

熟悉本技术领域的人们可以看到，当陀螺的工作模式改变时，陀螺的尺寸也要改变。其结果是用来补偿陀螺输出的每个计数所对应的角秒数的定标因子也需要改变。在一个例子中，当光路长度改变约一个波长时，定标因子改变4ppm，并且定标因子的改变可以在微处理器中予以补偿。

上面已经十分详细地说明了本发明，其目的是为了遵从专利规章，同时向熟悉本技术领域的人们提供应用本新原理和构筑及使用这些特定的元部件所需的信息。不过，应该理解，本发明可以用各种不同的专门设备和装置来实现，而且在不偏离本发明范畴的情形下可以做出在设备细节方面和操作步骤方面的各种修改。

Claims

1、一种用来测量至少一个惯性性质的模块式传感设备，该模块式传感设备包括：

(a)一个惯性传感装置，用来传感至少一个惯性性质其中，该惯性传感装置至少有一个传感器控制输入和一个随着该至少一个传感器控制输入而变化的测量的惯性性质输出；以及

(b)一个数字控制装置，用于控制惯性传感装置，其中，该数字控制装置至少有一个连接在至少一个传感器控制输入上的控制输出。

2、根据权利要求1的模式传感设备，其中的惯性传感装置包括一个激光陀螺。

3、根据权利要求1的模式传感设备，其中的数字控制装置还包括一个微控制器。

4、根据权利要求1的模式传感设备，它还包括一个连接在惯性传感装置上的惯性传感器起动装置，用来以预定的方式起动惯性传感装置。

5、根据权利要求4的模式传感设备，其中的数字控制装置有至少一个代表模块式传感设备和数字控制装置的状态是否正常的工作测量输出，它还包括一个连接在至少一个工作测量输出上的评价状态是否正常的装置。

6、根据权利要求3的模式传感设备，其中的微控制器还包括一个永久性存储装置，并且其中的微控制器在该永久性存储装置中存储至少一个工作参数。

7、根据权利要求6的模式传感设备，它还包括至少一个工作控制输入，以把模块式传感设备设定在至少一种工作构形上，并且其中模块式传感设备还包括一个工作构形装置，用来把模块式传感设备设定在至少一种工作构形上，其中的工作构形装置有一个连接在至少一个工作控制输入上的工作构形输出。

8、根据权利要求1的模式传感设备，它还含有一个自检测装置，用来执行模块式传感设备的内部检测，其中的自检测装置连接在数字控制装置上。

9、根据权利要求1的模式传感设备，其中的的惯性传感装置和数字控制装置密封在一个外壳中，其中的惯性传感装置能够被高电压起动，该模式传感设备还包括：

(a)一个低压电源连接装置，用来向外壳内部提供密封的低电压电源连接；以及

(b)一个高压起动装置，用来起动惯性传感装置，其中的高压起动装置含在外壳内部，并连接到低压电源连接装置上。

10、根据权利要求2的模式传感设备，它还包括一个用于激光陀螺的直接数字抖动驱动设备，其中的激光陀螺还包括一个带有一个抖动电机和一个抖动探测器的抖动陀螺模块，该直接数字抖动驱动设备包括：

用来传感连接在抖动探测器上的抖动探测信号并有一个抖动探测输出的装置；

用来放大抖动探测输出并有一个放大的抖动探测输出的装置；

连接在放大的抖动探测输出上并有一个数字抖动信号输出的模数转换装置；

连接在数字抖动信与上并有一个脉宽调制信号输出的数字控制装置，其中的数字控制装置产生正比于数字抖动信号输出减去一个参考位移加上一预定量的随机噪声的脉宽调制信号输出；以及

用来根据脉宽调制信号输出来驱动抖动电机并有一个连接到抖动电机上的抖动驱动信号的装置。

11、根据权利要求2的模块式传感设备，它还包括一个用于激光陀螺的抖动剥除装置，该激光陀螺还包括一个带有一个抖动电机和一个抖动探测器的抖动陀螺模块，其中的抖动剥除设备包括：

连接在放大的抖动探测输出上并有一个数字抖动信号输出的模数转换装置；以及

连接在数字抖动信号输出上并有一个抖动剥除惯性导航输出的数字控制装置，其中的数字控制装置把数字抖动信号输出转换成一个角位移值；并通过从前面的角位移值减去角位移值来产生一个角位移变化；并通过读出一个新计数值以及从新读出计数值中减去前面的读出计数值业产生一个读出计数值的变化；以及，按照角位移的变化和读出计数值的变化的差值来产生抖动剥除惯性导航输出。

12、根据权利要求2的模块式传感设备，它还包括一个用于激光陀螺的偏置漂移率改进设备，其中的激光陀螺还包括一个具有一个光路长度的激光器、一个具有第一反射镜位置的第一光路长度控制反射镜、一个具有第二反射镜位置的第二光路长度控制反射镜；以及一个随着第一反射镜位置和第二反射镜位置周期性地变化的偏置漂移率装置，其中的偏置漂移率改进设备包括：

一个连接在第一光路长度控制反射镜上的第一反射镜定位装置，用来定位第一光路长度控制反射镜；

一个连接在第二光路长度控制反射镜上的第二反射镜定位装置，用来定位第二光路长度控制反射镜；以及

一个控制装置，用来控制第一反射镜定位装置和第二反射镜定位装置，该装置控制与第一反射镜定位装置和第二定位装置的耦合使得第一反射镜位置和第二反射镜位置在每个模式的光路长度电压的一个周期内变化。

13、根据权利要求6的模式传感设备，其中的微控制器还包括一个用来根据至少一个工作参数来预测什么时候模块式传感设备将失效的装置。

14、根据权利要求1的模式传感设备，其中的惯性传感装置有一个惯性传感寿命，该模块式传感设备还包括一个寿命估计装置，用来确定惯性传感器的寿命，其中的寿命估计装置连接在数字控制装置上，并且其中的寿命估计装置有一个寿命输出。

15、根据权利要求2的模式传感设备，它还包括一个用于激光陀螺的主动电流控制设备，该设备包括：

用来产生一个代表电流值的数字控制信号的装置；

连接在数字控制信号产生装置上的，用来把数字控制信号转换成一个模拟信号的装置；以及

连接在模拟信号上的，用来根据模拟信号向模块式传感设备的一个阳极提供正比于数字控制信号的驱动电流的装置。

16、根据权利要求2的模式传感设备，它包括一个用于激光陀螺的主动电流控制设备，还包括一个具有一个光路长度、一个波长和一个强度的激光器，一个第一光路长度控制反射镜和一个和二光路长度控制反射镜，该模块式传感设备还包括：

一个数字逻辑装置，用来提供多种调制信号，包括SWEEP(扫描)信号、SWITCH(接通)信号、NOTSWITCH(不接通)信号、DITHER(抖动)信号、和NOTDITHER(不抖动)信号；

一个第一倒相装置，它的第一输入端连接在数字逻辑装置上，并有一个输出；

开关手段，其信号输入连接在第一倒相装置的输出上，其第一控制输入连妆在接通信号上，以及，其第二控制输入连接在不接通信号上，其中，该开关手段有一个对应于第一开关位置的第一输出和一个对应于第二开关位置的第二输出；

积分装置，其第一输入端连接在第一开关装置的输出上，其第二输入端连接在第二开关装置的输出上，并且它有一个提供光路长度控制信号的输出；

用来监视激光束强度和提供激光束强度监视(LIM)信号的装置；

用来控制数字逻辑装置的装置，它含有用来提供一个脉宽调制信号、一个第一模/数输入和一个第二模/数输入的装置，其中该控制装置的第一模/数输入端连接在光路长度控制信号上，其中该控制装置的第二模/数输入端连接在LIM信号上，其中该控制装置向数字逻辑装置提供控制信号，以使多个调制信号根据光路长度控制信号来工作，其中该控制装置还根据光路长度控制信号和LIM信号来确定脉宽调制信号的脉宽调制占空比范围；以及

连接在提供脉宽调制信号的装置和连接在光路长度控制信号上的装置，用来根据脉宽调制信号来差动驱动第一光路长度控制反射镜和第二光路长度控制反射镜。

17、根据权利要求1的模式传感设备，它还包括一个电源设备，该设备包括：

一个有一个电压电源输出的直流电压电源装置；

一个连接在电压电源输出上以提供至少一个高压电源输出的直流/直流转换装置。

18、根据权利要求1的模式传感设备，它还包括一个电源设备，该设备包括：

一个具有连接在一个低压电源上的第一和第二低压带中心抽头的绕阻的变化器装置；以及

一个能提供第一和第二高压输出的第一和第二高压带中心抽头绕组。

19、根据权利要求2的模式传感设备，其中，至少一个激光束是由至少在一个阳极和一个阴极之间的一部分腔体内流动的电流产生的，其中有一个主动电流控制系统由下述装置组成：

监视装置，用来产生一个代表光束强度的监视信号；

电源装置，它连接在阳极和阴极上，用来供应电流；以及

用来响应于监视信号来控制电流以保持光束强度恒定的装置。

20、根据权利要求1的模式传感设备，它还包括一个自我检测设备，该设备包括：

一个微处理器，它带有一个高速通用异步接收发送机(UART)和一个控制UART的周边活动系统；

一个连接在UART上的发送线；

一个连接在UART上的接收线；

一个微处理器控制器外部系统；

一个连接在发送线上的串行/并行转换器，用来把发送线上的串行数据转换成并行数据，它有一个并行输出；

一个连接在并行输出上的先进先出(FIFO)寄存装置，它有一个接口输出；

一个连接在与微处理器外部系统相连接的FIFO寄存装置的一个输出上的接口逻辑单元，用来从微处理器控制器外部系统接收指令；以及

一个连接在接口逻辑单元和接收线上的并行/串行转换器，用来把来自接口逻辑单元的并行数据转换成能与UART相通信的串行数据。

21、一种模块式激光陀螺，它含有一个位在一个陀螺模块的一个腔中的激光器；一个连接在陀螺模块上的用来探测激光的光电二极管，一个连接在陀螺模块上的用来驱动陀螺模埠的抖动驱动电机，一个连接在陀螺模块上的用来探测陀螺模块的运动的抖动探测器，以及用来保持腔中的激光的一个阴极、一个第一阳极和一个第二阳极，其中，该模块式激光陀螺还包括：

一个连接得能控制激光陀螺并有一个A/D转换器的微控制器，其中A/D转换器被集成在微控制器上，其中微控制器有一个用来控制阴极和阳极电流的主动电流控制输出和一个脉宽调制输出；

一个连接得能驱动抖动驱动电机和从微控帛器接收脉宽调制输出的直接数字抖动驱动器；

一个连接得能控制一个PLC换能装置和从位在陀螺模块上的一个PLC探测器接收输入的光路长度控制器，它用来探测激光光路长度，其中，光路长度控制器还有一个被微控制器用来处理激光光路长度数据的A/D转换输出；

一个连接在激光陀螺上的主动电流控制装置，用来保持陀螺模块中的激光，它有一个微控制器输入，一个连接在第一阳极上的第二主动电流控制输出，以及一个连接在第二阳极上的第三主动电流控制输出；以及

用来高压起动的装置，它含在陀螺外壳内，并连接在主动电流控制装置上，用来使激光陀螺起动。

22、根据权利要求21的模块式激光陀螺，其中陀螺模埠还包括一个连接在陀螺模块上的模块温度传感器，用来测量模块的温度，其中模块温度传感器有一个连接在一个A/D转换器的输入上的输出。

23、根据权利要求21的模式传感设备，其中的微控制器还包括一个通用异步接收发送机(UART)，它集成在微控制器中，并通过发送和接收装置连接到一个用来控制惯性传感装置的外部系统上。

24、根据权利要求21的模式传感设备，其中的抖动探测器有一个抖动探测放大器，它有一个连接在一个A/D转换器的输入端上的输出。

25、根据权利要求21的模式传感设备，其中有一个用来探测激光的读出装置连接在激光陀螺上，它有一个光电二极管装置输入、一个连接在A/D转换器输入上的读出输出、以及一个同时连接在数字逻辑装置和环形激光陀螺上的读出输出。

26、根据权利要求1的模式传感设备，其中的惯性传感装置包括一个带有一个抖动探测器的抖动激光陀螺，其的抖动探测器有一个抖动探测输出，该模块式传感设备还包括：

向一个第一数字抖动探测输出的输出；以及

第二模/数转换装置，用来把抖动探测输出转换成一个第二数字抖动探测输出。

27、根据权利要求26的模式传感设备，其中的第二模/数据转换装置连接在数字控制装置上。

28、一种用来测量一个带有至少一个反射镜的激光陀螺的随机漂移率的方法，它包括下述步骤：

使激光陀螺在一个偏置漂移率周期上工作；

在该至少一个反射镜的多个位置上测量随机漂移率；以及

监测最低随机漂移率的发生。

29、根据权利要求2的模式传感设备，其中的激光陀螺还包括一个具有一个激光光路长度的激光光路和一个有多个模式的激光束，其中的数字控制装置还包括一个含向上扫描部分和向下扫描部分的光路长度控制寄存器，并且其中的激光光路长度在响应于向上扫描部分时增加到多个模式中的一个模式，而激光光路长度在响应于向下扫描部分时减小到多个模式中的一个模式。

30、一种模块式激光陀螺，它包括：

一个模块式激光陀螺外壳；

一个有一个激光束的激光陀螺，它含有位在模块式激光陀螺外壳内的激光陀螺电极，其中该激光陀螺产生一个陀螺角；

一个数字控制处理器，它有一个电流控制输出、一个抖动驱动输出、一个内装的模/数转换器、以及一个含在模块式激光陀螺外壳内的微处理器；

一个主动电流控制装置，用于控制激光陀螺中的产生激光的电流，该主动电流控制装置有一个连接在电流控制输出上的控制输入，该主动电流控制装置还有连接在激光陀螺的一些电极上的一些电极输出，还有一些高压输入，该主动电流控制装置含在模块式激光陀螺外壳内；

一个高压起动电路，它含有一个高压起动模块和连接在高压输入上的高压脉冲发生设备，其中高压起动电路含在模块式激光陀螺外壳内；

设置在数字控制处理器内的装置，它用来标定每个模式的电压和系统的构形；

一个直接数字抖动驱动器，它用来控制激光陀螺的抖动，它连接在抖动驱动输出上；

一个抖动探测装置，它连接在内设的模/数转换器上，用来把一个抖动信号发送给数字控制处理器；以及

一个抖动剥除装置，它设置在数字控制处理器内，用来接收抖动信号和从陀螺角中剥除抖动信号。