JP2009047684A - Rfog modulation error correction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、RFOG変調エラー補正に関する。 The present invention relates to RFOG modulation error correction.
共振器光ファイバジャイロ(RFOG)は、光ファイバ共振器の時計回りと反時計回りの共振周波数間で周波数の差を検出することによって、回転を感知する。ファイバ共振器の共振周波数は、狭い帯域の1つまたは複数のレーザによりプローブされる。共振器は、光周波数を光強度に変換する。例えば、図1に示されている反射共振器の場合、光検出器によって検出される光強度は、光周波数が共振周波数から離れたときに最大になるであろう。しかし、光強度は、光周波数が共振周波数に近づいたときに共振周波数で急激に最小に下がる。したがって、共振周波数を検出するための1つの方法は、検出器における最小電力を検出することである。しかし、この方法は、回転感知を行う上で十分な正確さに欠け、したがって、別のさらに正確な方法が必要とされる。 A resonator fiber optic gyro (RFOG) senses rotation by detecting the frequency difference between the clockwise and counterclockwise resonant frequencies of the fiber optic resonator. The resonant frequency of the fiber resonator is probed by one or more narrow band lasers. The resonator converts the optical frequency into light intensity. For example, in the case of the reflective resonator shown in FIG. 1, the light intensity detected by the photodetector will be maximized when the optical frequency moves away from the resonant frequency. However, the light intensity rapidly decreases to the minimum at the resonance frequency when the optical frequency approaches the resonance frequency. Thus, one way to detect the resonant frequency is to detect the minimum power at the detector. However, this method is not accurate enough to perform rotation sensing and therefore another more accurate method is required.
共振周波数の非常に正確な測定は、光の周波数変調もしくは位相変調を用いることによって、または共振器のキャビティ長変調を用いることによって行われることが可能である。図1は、キャビティ長変調を用いる従来技術のRFOGを示している。図2は、変調により、いかに共振周波数の正確な測定をすることが可能であるかを示している。図2での区分(a)は、光の周波数が掃引される場合、光検出器で観測されるであろう共振ディップを示している。区分(a)はまた、3つの異なる公称光周波数で、正弦波周波数変調への共振器応答を示している。公称光周波数が共振ディップの中心の右方である場合には、強度信号は、変調周波数にあり、変調により同相である光検出器において存在することになる。公称光周波数が共振ディップの中心の左方である場合には、強度信号は、変調周波数にあるが、変調により180度位相がずれている光検出器において存在することになる。理想的な共振器と変調の場合では、公称光周波数が共振周波数である共振ディップの中心にあるとき、光検出器における強度信号は、変調周波数ではなく、変調周波数の偶数次高調波でのみ周波数成分を有するであろう。したがって、共振周波数を検出するのは、変調周波数で強度信号がゼロであるときである。 A very accurate measurement of the resonant frequency can be made by using optical frequency or phase modulation, or by using cavity length modulation of the resonator. FIG. 1 shows a prior art RFOG using cavity length modulation. FIG. 2 shows how modulation allows an accurate measurement of the resonance frequency. Section (a) in FIG. 2 shows the resonance dip that would be observed at the photodetector when the frequency of light is swept. Section (a) also shows the resonator response to sinusoidal frequency modulation at three different nominal optical frequencies. If the nominal optical frequency is to the right of the center of the resonance dip, then the intensity signal will be at the photodetector that is at the modulation frequency and is in phase with the modulation. If the nominal optical frequency is to the left of the center of the resonance dip, the intensity signal will be present at a photodetector that is at the modulation frequency but 180 degrees out of phase due to the modulation. In the case of an ideal resonator and modulation, when the nominal optical frequency is at the center of the resonance dip, which is the resonance frequency, the intensity signal at the photodetector is only at the even harmonics of the modulation frequency, not the modulation frequency. Will have ingredients. Therefore, the resonance frequency is detected when the intensity signal is zero at the modulation frequency.
光検出器は、強度信号を電圧信号に変換する。電圧信号が復調器(位相検波器)を通過する場合、公称光周波数の関数として復調器の出力は、図2の区分(b)に示されているもののように見えることになる。理想的な場合では、復調器の出力は、公称光周波数が正確に共振周波数にあるとき、ゼロを通過する。 The photodetector converts the intensity signal into a voltage signal. As the voltage signal passes through the demodulator (phase detector), the demodulator output as a function of the nominal optical frequency will look like that shown in section (b) of FIG. In the ideal case, the demodulator output passes through zero when the nominal optical frequency is exactly at the resonant frequency.
図3−1および3−2は、図1に付随する共振追跡電子機器の例を示している。光検出器からのCW信号は、周波数fmで復調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器の共振周波数へのレーザ周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が電圧−周波数変換器に進む以外は類似しており、その変換器の出力は、Δfにあり、回転速度に比例している。 FIGS. 3-1 and 3-2 show examples of the resonance tracking electronics associated with FIG. CW signal from the photodetector is demodulated at frequency f m. The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the laser frequency to the resonant frequency of the resonator. The CCW control loop is similar except that the integrator output goes to a voltage-frequency converter, which output is at Δf and is proportional to the rotational speed.
図4は、レーザ光が、コイルを通じて逆伝播することになる2つのビームに分割される前の、そのレーザ光の共通位相変調によるRFOGを示している。使用可能である多数の種々の位相変調器がある。いくつかの例には、PZTトランスデューサの周囲に巻かれたファイバ、集積光学チップ、またはバルク電気光学変調器がある。 FIG. 4 shows an RFOG with common phase modulation of the laser light before it is split into two beams that will back propagate through the coil. There are a number of different phase modulators that can be used. Some examples include a fiber wound around a PZT transducer, an integrated optical chip, or a bulk electro-optic modulator.
図5は、レーザ光が、コイルを通じて逆伝播することになる2つのビームに分割される前の、そのレーザ光の共通周波数変調によるRFOGを示している。レーザ周波数を変調するいくつかの一般的なやり方は、ダイオードレーザもしくはダーオードパンプレーザの注入電流を変調すること、またはPZTもしくは何らかのタイプのMEMSデバイスによりレーザキャビティの長さを変調することである。 FIG. 5 shows an RFOG with common frequency modulation of the laser light before it is split into two beams that will back propagate through the coil. Some common ways to modulate the laser frequency are to modulate the injection current of a diode laser or a diode pump laser, or to modulate the length of the laser cavity with PZT or some type of MEMS device.
共振周波数を検出する際のエラー、したがって、回転感知の際のエラーを引き起こすことになる不完全性がジャイロにはある。回転感知エラーをもたらす可能性のある2つのタイプの変調器不完全性がある。1つのタイプは、変調器強度変調である。意図された変調がキャビティ長、光周波数または光位相であっても、理想的ではない変調器がまた、変調周波数で成分を有する可能性のある光強度の変調を生成することになる。望ましくない強度変調は、復調器によって検出され、非共振状態を示す信号として解釈されることになる。その場合、共振器追跡電子機器は、標準共振器強度信号が、望ましくない強度信号を正確に相殺するまで、レーザ周波数を共振周波数から遠ざけることになる。共振周波数からの偏位は、望ましくない強度信号が2つの逆伝播光波間で異なる場合、回転感知エラーをもたらす。しかし、望ましくない強度信号が同一に形成可能である場合には、回転感知エラーは生じないであろう。 There are imperfections in the gyro that can cause errors in detecting the resonant frequency, and hence errors in rotation sensing. There are two types of modulator imperfections that can lead to rotation sensing errors. One type is modulator intensity modulation. Even if the intended modulation is cavity length, optical frequency or optical phase, a non-ideal modulator will also generate a modulation of light intensity that may have a component at the modulation frequency. Undesirable intensity modulation will be detected by the demodulator and interpreted as a signal indicative of a non-resonant condition. In that case, the resonator tracking electronics will move the laser frequency away from the resonant frequency until the standard resonator intensity signal accurately cancels the unwanted intensity signal. Deviation from the resonant frequency results in a rotation sensing error if the undesired intensity signal differs between the two backpropagating light waves. However, if the undesired intensity signal can be formed identically, no rotation sensing error will occur.
回転感知エラーをもたらす可能性のあるもう1つの変調器不完全性は、変調ひずみである。変調ひずみは、変調器駆動電子機器または変調器で生じる可能性がある。理想的な変調は、単一の周波数での正弦波変調である。しかし、ひずみは、より高い調波の生成を変調にもたらす可能性がある。高調波変調でさえ、回転感知エラーにつながる可能性のある共振検出エラーをもたらすであろう。 Another modulator imperfection that can lead to rotation sensing errors is modulation distortion. Modulation distortion can occur in the modulator drive electronics or modulator. The ideal modulation is a sinusoidal modulation at a single frequency. However, distortion can lead to higher harmonic generation in the modulation. Even harmonic modulation will lead to resonance detection errors that can lead to rotation sensing errors.
変調器不完全性による回転感知エラーを低減または排除するための1つのやり方は、2つの逆伝播光波の共通変調を用いることである。これは、両方の逆伝播光波について同一の変調器を使用することによって行われる。図1、4および5は、共通変調を用いる様々なRFOG構成を示している。同一の変調器を使用することによって、共振検出エラーは、時計回りと反時計回りの両方向について同一になる。回転測定は、検出された時計回りと反時計回りの共振周波数の差であるので、共通エラーが回転測定で相殺(コモンモード阻止)することになる。 One way to reduce or eliminate rotation sensing errors due to modulator imperfections is to use a common modulation of two backpropagating light waves. This is done by using the same modulator for both backpropagating light waves. 1, 4 and 5 show various RFOG configurations that use common modulation. By using the same modulator, the resonance detection error is the same for both clockwise and counterclockwise directions. Since the rotation measurement is the difference between the detected clockwise and counterclockwise resonance frequencies, the common error is canceled by the rotation measurement (common mode blocking).
共通変調に対する1つの欠点は、ジャイロシステムが、共振器内で光学的後方反射または後方散乱と関連する別の不完全性に敏感になることである。後方散乱光は、2つのタイプのエラーをもたらすことになる。一方のタイプのエラー(干渉タイプ)は、後方散乱波と、光検出器に達するP波との間の光学干渉と関連する。他方のタイプのエラー(強度タイプ)は、P波と全く同様の共振ディップ全体にわたる変調によって変調される後方散乱波の強度と関連する。 One drawback to common modulation is that the gyro system becomes sensitive to other imperfections associated with optical back reflection or back scattering within the resonator. Backscattered light will result in two types of errors. One type of error (interference type) is associated with optical interference between the backscattered wave and the P wave reaching the photodetector. The other type of error (intensity type) is related to the intensity of the backscattered wave that is modulated by modulation across the resonant dip exactly like the P wave.
従来技術に見られる強度タイプエラーを排除するための方法は、逆伝播ビームが共振器に入る前に、その逆伝播ビームの独立位相変調を用いることである。この方法が、図6に示されている。それぞれのビームの位相変調の周波数は、互いに異なるように、および互いに調和関係にないように設定されている。このように、後方散乱光の強度信号は、P波の強度信号と同一の周波数になく、信号処理電子機器に用いられる同期復調器によって非常に高い程度に阻止可能である。逆伝播光波の独立変調を用いる欠点は、変調器不完全性がコモンモード阻止により、もはや相殺されないことである。 A way to eliminate the intensity type error found in the prior art is to use independent phase modulation of the counterpropagating beam before it enters the resonator. This method is illustrated in FIG. The frequency of phase modulation of each beam is set so as to be different from each other and not in harmony with each other. Thus, the intensity signal of the backscattered light is not at the same frequency as the intensity signal of the P wave, and can be blocked to a very high degree by the synchronous demodulator used in the signal processing electronics. The disadvantage of using independent modulation of backpropagating light waves is that the modulator imperfections are no longer offset by common mode rejection.
図7は、図6に付随する共振追跡電子機器の例を示している。光検出器からのCW信号は、周波数fm,2で復調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器の共振周波数へのレーザ周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が電圧−周波数変換器に進む周波数fm,1で、光検出器からの信号が復調される以外は類似しており、その変換器の出力は、Δfにあり、回転速度に比例している。 FIG. 7 shows an example of the resonance tracking electronics associated with FIG. The CW signal from the photodetector is demodulated at frequency fm , 2 . The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the laser frequency to the resonant frequency of the resonator. The CCW control loop is similar except that the signal from the photodetector is demodulated at a frequency fm , 1 where the output of the integrator goes to the voltage-frequency converter, and the output of the converter is Δf. Yes, proportional to rotation speed.
変調器不完全性および後方散乱による回転感知エラーを排除するRFOG構成を有する必要がある。 There is a need to have an RFOG configuration that eliminates rotation sensing errors due to modulator imperfections and backscatter.
本発明は、強度タイプ後方散乱エラーの阻止を維持しながら、変調エラー補正を行うためのシステムおよび方法を提供する。このシステムの一例は、共通位相/周波数の変調を第1および第2のレーザビームに、第1の強度変調を第1の変調ビームに、および第2の強度変調を第2の変調ビームに与える。次いで、第1および第2のビームは、光学共振器を通じて送られる。次いで、光学共振器から出力された信号が分析される。 The present invention provides a system and method for performing modulation error correction while maintaining the prevention of intensity-type backscatter errors. An example of this system provides common phase / frequency modulation to the first and second laser beams, first intensity modulation to the first modulation beam, and second intensity modulation to the second modulation beam. . The first and second beams are then sent through the optical resonator. Next, the signal output from the optical resonator is analyzed.
分析は、第1のビームの強度変調の周波数に基づいて第1のビームと関連する出力信号を復調することと、第2のビームの強度変調の周波数に基づいて第2のビームと関連する出力信号を復調することとを含む。次いで、復調された出力信号は、共通位相/周波数の変調の周波数に従って復調され、回転速度が、復調信号に基づいて決定される。 The analysis demodulates the output signal associated with the first beam based on the frequency of intensity modulation of the first beam and the output associated with the second beam based on the frequency of intensity modulation of the second beam. Demodulating the signal. The demodulated output signal is then demodulated according to the frequency of the common phase / frequency modulation, and the rotational speed is determined based on the demodulated signal.
本発明の一態様では、強度変調の周波数は不等であり、調和関係になく、強度変調は、それぞれの光ビームを一意の符号により符号化する。
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態を、以下の図面を参照にして、詳細に後述する。
In one aspect of the invention, the frequency of intensity modulation is unequal and not harmonized, and intensity modulation encodes each light beam with a unique code.
Preferred and alternative embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the following drawings.
図8は、変調器不完全性および後方散乱による回転感知エラーを排除する本発明の実施形態を示している。RFOG40が、光源50、ビームスプリッタ52〜56、光検出器60、62、共振器68、変調器72、74、76および関連の変調用発振器82、84、86、周波数シフタ90、ならびにプロセッサ94を含む。
FIG. 8 illustrates an embodiment of the present invention that eliminates rotation sensing errors due to modulator imperfections and backscatter. RFOG 40 includes
共通キャビティ長変調器76は、共振検出と、変調不完全性によるエラーを排除することとを行う。キャビティ長変調は、共振器ファイバで巻かれた圧電チューブ、または共振器ミラー上に配置された圧電素子によって行われることが可能である。2つの逆伝播ビームの独立強度変調(強度変調器72、74)は、それぞれの光波を一意の符号により符号化するために使用され、それにより後方散乱による望ましくない強度信号は、信号処理によって阻止されることが可能である。意図される強度変調の周波数は、異なって、かつ調和関係になく生成される。したがって、後方散乱による望ましくない強度信号の周波数は、P波の共振信号と同一ではなく、したがって、プロセッサ94内に含まれる信号復調器によって阻止されることになる。意図される強度変調の周波数は、互いに異なって、かつ調和関係になく設定され、共通変調は、キャビティ長変調器76によって行われる。意図される強度変調(変調器72、74)は、正弦波または方形波であり得る。強度変調器72、74の例は、マッハツェンダ干渉計、MEMSベースの強度変調器、または偏光子がそれに続くポッケルスセルを含む集積光学強度変調器を含む。強度変調器72、74は、任意のタイプの共通変調により実装可能である。
The common
図9−1および9−2は、図8に付随する共振追跡電子機器の例を示している。CWおよびCCW信号の双方は、共通変調周波数fm,3で復調される。光検出器からのCW信号は、周波数fm,2で変調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器の共振周波数へのレーザ周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が電圧−周波数変換器に進む周波数fm,1で、光検出器からの信号が復調される以外は類似しており、その変換器の出力は、Δfにあり、回転速度に比例している。 FIGS. 9-1 and 9-2 show examples of resonance tracking electronics associated with FIG. Both CW and CCW signals are demodulated at a common modulation frequency fm , 3 . The CW signal from the photodetector is modulated at the frequency fm , 2 . The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the laser frequency to the resonant frequency of the resonator. The CCW control loop is similar except that the signal from the photodetector is demodulated at a frequency fm , 1 where the output of the integrator goes to the voltage-frequency converter, and the output of the converter is Δf. Yes, proportional to rotation speed.
後方散乱エラーの干渉タイプは、反時計回りの光波とは異なる共振周波数上に時計回りの光波をロックすることによって、低減または排除可能である。このように、後方散乱波とP波との間の干渉が、2つの波の周波数の差に等しい周波数でエラー信号を生成することになる。種々の共振縦モードに対応する種々の共振周波数上にロックすることによって、周波数の差は非常に高くなり、メガヘルツ−ギガヘルツの範囲になる。回転測定は、典型的には100Hzより低い周波数で行われるので、干渉タイプの後方散乱による高周波数エラーは、ジャイロ回転信号をローパスフィルタリングすることによって容易に阻止可能である。図10は、2つのレーザを使用して種々の共振周波数上にロックする従来技術の教示である。この構成では、それぞれのレーザは、共振検出のために異なる周波数で変調され、したがって、変調不完全性に敏感であるという欠点を有する。 The backscatter error interference type can be reduced or eliminated by locking the clockwise light wave on a different resonant frequency than the counterclockwise light wave. Thus, the interference between the backscattered wave and the P wave generates an error signal at a frequency equal to the difference between the two wave frequencies. By locking on different resonance frequencies corresponding to different resonance longitudinal modes, the frequency difference becomes very high, in the megahertz-gigahertz range. Since rotation measurements are typically made at frequencies below 100 Hz, high frequency errors due to interference-type backscattering can be easily prevented by low-pass filtering the gyro rotation signal. FIG. 10 is a teaching of the prior art that uses two lasers to lock onto various resonant frequencies. In this configuration, each laser has the disadvantage that it is modulated at a different frequency for resonance detection and is therefore sensitive to modulation imperfections.
図11−1および11−2は、図10に付随する共振追跡電子機器の例を示している。光検出器からのCW信号は、周波数fm,2で復調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器の共振周波数へのレーザ2周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が共振器の共振周波数へのレーザ1周波数を制御する周波数fm,1で、光検出器からの信号が復調される以外は類似している。
FIGS. 11-1 and 11-2 show examples of resonance tracking electronics associated with FIG. The CW signal from the photodetector is demodulated at frequency fm , 2 . The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the
図12は、2つのレーザの使用(マスタレーザ120に位相ロックされるスレーブレーザ122)を示している。この方法は、干渉タイプエラーを阻止するように種々の共振モードで動作するための2つの独立周波数を供給することが可能である。スレーブレーザ122をマスタレーザ120に位相ロックすることによって、マスタレーザ120の周波数変調はまた、スレーブレーザ122上に現れることになる。これは、真の共通周波数変調ではないが、高帯域幅位相ロックループが用いられる場合、変調ひずみは、マスタレーザ120とスレーブレーザ122との間に主に見られることになる。したがって、変調ひずみおよび後方散乱エラーは、独立強度変調が用いられる場合、2つ以上のレーザ構成について低減または排除されることが可能である。この構成に対する1つの欠点は、2つのレーザの望ましくない強度変調がさらに、かなりまれな成分を有する場合もあることであり、その成分はコモンモード阻止によって排除されないであろう。 FIG. 12 shows the use of two lasers (slave laser 122 phase locked to master laser 120). This method can provide two independent frequencies to operate in various resonant modes to prevent interference type errors. By phase locking the slave laser 122 to the master laser 120, the frequency modulation of the master laser 120 will also appear on the slave laser 122. This is not a true common frequency modulation, but if a high bandwidth phase locked loop is used, modulation distortion will be mainly seen between the master laser 120 and the slave laser 122. Thus, modulation distortion and backscatter error can be reduced or eliminated for more than one laser configuration when independent intensity modulation is used. One drawback to this configuration is that the undesired intensity modulation of the two lasers may also have a fairly rare component that would not be eliminated by common mode blocking.
図13−1および13−2は、図12に付随する共振追跡電子機器の例を示している。光検出器からのCW信号は、周波数fmで復調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器の共振周波数へのレーザ2周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が共振器の共振周波数へのレーザ1周波数を制御する以外は類似している。
FIGS. 13-1 and 13-2 show examples of resonance tracking electronics associated with FIG. CW signal from the photodetector is demodulated at frequency f m. The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the
図14は、2つのレーザ構成180と共に用いられる本発明の例を示している。この構成の1つの欠点は、2つのレーザ182、184の望ましくない強度変調がさらに、かなりまれな成分を有する場合もあることであり、その成分はコモンモード阻止によって排除されないであろう。しかし、強度サーボループを用いることによる強度制御の使用など、望ましくない強度変調の効果を低減するための別のやり方が用いられることが可能である。
FIG. 14 shows an example of the present invention used with two
図15−1および15−2は、図14のシステムについて共振追跡電子機器の例を示している。CWおよびCCW信号の双方は、共通変調周波数fm,3で復調される。光検出器からのCW信号は、周波数fm,2で復調される。復調器の出力は、CW光波がリング共振器の共振周波数上にあるとき、ゼロを横断するエラー信号である。このエラー信号は、積分器によって積分される。積分器の出力は、共振器のCW共振周波数へのレーザ2周波数を制御する。CCW制御ループは、積分器の出力が共振器のCCW共振周波数へのレーザ1周波数を制御する周波数fm,1で、光検出器からの信号が復調される以外は類似している。
FIGS. 15-1 and 15-2 show examples of resonance tracking electronics for the system of FIG. Both CW and CCW signals are demodulated at a common modulation frequency fm , 3 . The CW signal from the photodetector is demodulated at frequency fm , 2 . The output of the demodulator is an error signal that crosses zero when the CW light wave is on the resonant frequency of the ring resonator. This error signal is integrated by an integrator. The output of the integrator controls the
図16は、共通キャビティ長変調、独立強度変調、および2つのレーザ222、224の使用を用いるRFOG構成220を示している。
図17は、類似の構成280を示しているが、3つのレーザ282〜286を有している。これらの2つの構成の利点は、複数の回転感知エラーが低減または排除されることである。共通キャビティ長変調は、変調器不完全性によるエラーを排除し、独立強度変調は、後方散乱による強度タイプエラーを排除し、複数のレーザの使用は、後方散乱による干渉タイプエラーを排除するための手段を提供する。さらには、3つのレーザ構成280では、独立強度変調器290、292は、それぞれのレーザビームを一意の符号により符号化し、それにより、信号処理は、第2のレーザ284および第3のレーザ286と関連する信号を分離することが可能になり、双方のレーザは、光を、共振器内の同一の方向におよび同一の光検出器上に送る。
FIG. 16 shows an
FIG. 17 shows a similar configuration 280 but with three lasers 282-286. The advantage of these two configurations is that multiple rotation sensing errors are reduced or eliminated. Common cavity length modulation eliminates errors due to modulator imperfections, independent intensity modulation eliminates intensity type errors due to backscattering, and the use of multiple lasers eliminates interference type errors due to backscattering Provide a means. Further, in the three laser configuration 280, the
図18−1および18−2は、図17に示されているシステムについて共振追跡電子機器の例を示している。光検出器からのCW信号は、2つのチャネルに分割される。双方のチャネルは、共通変調周波数fm,4で復調される。次いで、レーザ2を制御するために使用されるチャネルは、fm,2で復調される。レーザ3を制御するために使用されるチャネルは、fm,3で復調される。CCW信号は、fm,4で、次いでfm,1で復調される。積分器の出力は、共振器のCCW共振周波数へのレーザ1周波数を制御する。
18-1 and 18-2 show examples of resonance tracking electronics for the system shown in FIG. The CW signal from the photodetector is split into two channels. Both channels are demodulated at a common modulation frequency fm , 4 . The channel used to control the
図19は、上に示したシステムに含まれるプロセッサ(例えば、プロセッサ94)によって実行されるプロセスの一例300を示している。まず、ブロック304において、共通位相/周波数変調が第1および第2のレーザビームに与えられる。ブロック308において、第1の強度変調が第1の変調ビームに与えられる。ブロック310において、第2の強度変調が第2の変調ビームに与えられる。ブロック312において、第1および第2のビームが光学共振器を通じて送られる。ブロック316において、光学共振器から出力された信号が分析される(図20を参照されたい)。
FIG. 19 illustrates an
図20は、図19のブロック316において実行されるプロセスを示している。まず、ブロック324において、第1および第2のビームと関連する出力信号が、共通変調の周波数に従って復調される。次いで、ブロック326において、第1のビームと関連する信号が第1のビームの強度変調の周波数に基づいて復調される。ブロック328において、第2のビームと関連する出力信号が第2のビームの強度変調の周波数に基づいて復調される。ブロック332において、回転速度が、復調信号に基づいて決定される。復調の段階は、様々な順序で実行可能である。
FIG. 20 shows the process performed in
プロセッサは、アナログおよび/またはデジタルのプロセッサであってよい。
独占的権利または特権が請求される本発明の実施形態を添付のように定義する。
The processor may be an analog and / or digital processor.
Embodiments of the invention in which an exclusive right or privilege is claimed are defined as follows.
Claims (3)
光ファイバループを有し、前記少なくとも1つのレーザによって生成される前記光波が、前記光ファイバループにおいて時計回り(cw)および反時計回り(ccw)の方向に移動することが可能になるように構成された共振器(68)と、
前記共振器内への導入前に、前記光波の強度変調を行うように構成された少なくとも2つの強度変調器(72、74)と、
前記共振器においてcwおよびccwに回転する前記光波の成分を検出するように構成された2つの光検出器(60、62)と、
前記光検出器と信号連通しており、前記強度変調に基づいて後方散乱による強度信号を阻止するように、および前記検出された成分に基づいて回転速度を決定するように構成されたプロセッサ(94)と
を含む共振器光ファイバジャイロ(RFOG)であって、
前記共振器は、変調不完全性によるエラーを低減するように構成されたキャビティ長変調器をさらに備え、
前記少なくとも1つのレーザは、1つだけのレーザと、前記レーザによって生成される光波を、2つの光波に分割するように構成されたビームスプリッタとを備え、
前記少なくとも2つの強度変調器は2つの強度変調器を備え、その一方は、前記分割光波の一方を変調するためのものであり、他方は、前記分割光波の他方を変調するためのものであり、
前記光波について前記強度変調の周波数は不等であり、調和関係になく、前記強度変調器は、それぞれの光波を一意の符号により符号化する、RFOG。 At least one laser (50) configured to generate at least two light waves;
An optical fiber loop configured to allow the light wave generated by the at least one laser to move in a clockwise (cw) and counterclockwise (ccw) direction in the optical fiber loop; A resonated resonator (68);
At least two intensity modulators (72, 74) configured to perform intensity modulation of the light wave prior to introduction into the resonator;
Two photodetectors (60, 62) configured to detect a component of the light wave rotating to cw and ccw in the resonator;
A processor (94) in signal communication with the photodetector and configured to block an intensity signal due to backscatter based on the intensity modulation and to determine a rotational speed based on the detected component. A resonator optical fiber gyro (RFOG) comprising:
The resonator further comprises a cavity length modulator configured to reduce errors due to modulation imperfections;
The at least one laser comprises only one laser and a beam splitter configured to split a light wave generated by the laser into two light waves;
The at least two intensity modulators comprise two intensity modulators, one for modulating one of the split light waves and the other for modulating the other of the split light waves. ,
The frequency of the intensity modulation of the light waves is unequal and not harmonious, and the intensity modulator encodes each light wave with a unique code.
光波を生成するように構成されたマスタレーザと、
光波を生成するように構成されたスレーブレーザと、
前記マスタレーザによって生成された前記光波に、前記スレーブレーザによって生成された前記光波の位相をロックするように構成された位相ロックループとを備え、
前記光波について前記強度変調の周波数は不等であり、調和関係になく、前記強度変調器は、一意の符号によりそれぞれの光波を符号化する、請求項1に記載のRFOG。 The at least one laser is
A master laser configured to generate light waves;
A slave laser configured to generate a light wave;
A phase lock loop configured to lock a phase of the light wave generated by the slave laser to the light wave generated by the master laser;
The RFOG of claim 1, wherein the frequency of the intensity modulation is unequal for the light waves and is not in a harmonic relationship, and the intensity modulator encodes each light wave with a unique code.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010210616A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | Residual intensity modulation (rim) control loop in resonator fiber optic gyroscope (rfog) |
JP2010210611A (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | Signal conditioning to provide optimum gain and noise reduction for resonator fiber optic gyroscopes |
JP2010230673A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Honeywell Internatl Inc | Determination method of optimum modulation amplitude to suppress sensing error due to modulation distortion in optical fiber gyroscope |
EP2226612B1 (en) * | 2009-03-06 | 2012-06-27 | Honeywell International Inc. | Cavity length modulation in resonator fiber optic gyroscopes |
JP2013019915A (en) * | 2009-04-01 | 2013-01-31 | Honeywell Internatl Inc | System and method for resonator fiber optic gyroscope intensity modulation control |
WO2018065204A1 (en) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Safety device and method for determining a movement |
US10094664B2 (en) | 2016-11-23 | 2018-10-09 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for diminishing bias error in resonant fiber optic gyroscopes |
US10197397B2 (en) | 2014-06-19 | 2019-02-05 | Honeywell International Inc. | Small low cost resonator fiber optic gyroscope with reduced optical errors |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61222288A (en) * | 1985-01-31 | 1986-10-02 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | Angular velocity sensor |
JPH04110718A (en) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Photointerference angular velocity meter |
JP2000216466A (en) * | 1999-01-22 | 2000-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | Wavelength tuning circuit |
JP2001066142A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | Resonance-type optical gyro |
WO2006018952A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multimode optical transmission device |
JP2007163486A (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Honeywell Internatl Inc | System and method for stabilizing light source in resonator gyro |
-
2008
- 2008-07-07 JP JP2008176657A patent/JP5351451B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61222288A (en) * | 1985-01-31 | 1986-10-02 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | Angular velocity sensor |
JPH04110718A (en) * | 1990-08-31 | 1992-04-13 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Photointerference angular velocity meter |
JP2000216466A (en) * | 1999-01-22 | 2000-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | Wavelength tuning circuit |
JP2001066142A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | Resonance-type optical gyro |
WO2006018952A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multimode optical transmission device |
JP2007163486A (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Honeywell Internatl Inc | System and method for stabilizing light source in resonator gyro |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010210616A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | Residual intensity modulation (rim) control loop in resonator fiber optic gyroscope (rfog) |
EP2226612B1 (en) * | 2009-03-06 | 2012-06-27 | Honeywell International Inc. | Cavity length modulation in resonator fiber optic gyroscopes |
US8259301B2 (en) | 2009-03-06 | 2012-09-04 | Honeywell International Inc. | Cavity length modulation in resonator fiber optic gyroscopes |
JP2010210611A (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | Signal conditioning to provide optimum gain and noise reduction for resonator fiber optic gyroscopes |
JP2010230673A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Honeywell Internatl Inc | Determination method of optimum modulation amplitude to suppress sensing error due to modulation distortion in optical fiber gyroscope |
JP2013019915A (en) * | 2009-04-01 | 2013-01-31 | Honeywell Internatl Inc | System and method for resonator fiber optic gyroscope intensity modulation control |
US10197397B2 (en) | 2014-06-19 | 2019-02-05 | Honeywell International Inc. | Small low cost resonator fiber optic gyroscope with reduced optical errors |
WO2018065204A1 (en) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Safety device and method for determining a movement |
US10094664B2 (en) | 2016-11-23 | 2018-10-09 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for diminishing bias error in resonant fiber optic gyroscopes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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