JP4365033B2

JP4365033B2 - 光ファイバ・ジャイロスコープの初期設定のための方法および装置

Info

Publication number: JP4365033B2
Application number: JP2000561469A
Authority: JP
Inventors: タザーテス，ダニエル，エー．; マーク，ジョン，ジー．
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-07-20
Also published as: DE69921768T9; DE69921768D1; IL135067A0; EP1017963A1; EP1017963B1; WO2000005550A1; JP2002521653A; US5999260A; IL135067A; DE69921768T2

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープの操作を容易にするための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、ループ初期設定の際に正確なレート情報を獲得するための方法および装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
サニャック干渉計は、一対の逆伝搬光ビーム間で生成される非可逆位相差を測定することにより回転を決定するための計器である。この計器は、一般に、レーザのような光源と、いくつかのミラーまたは複数の光ファイバ巻からなる光導波路と、ビームスプリッタ／コンバイナと、検出器と、信号プロセッサとを備える。
【０００３】
干渉計では、ビームスプリッタから出る波は単一光路に添って逆伝搬する。光導波路は「可逆的」である。すなわち、たとえ、逆伝搬ビームが必ずしも同時にまたは同方向に摂動を経験するわけではないが、光路の任意のひずみが同様に逆伝搬ビームに影響を与える。時間間隔は光導波路の周りを回る光の伝搬時間と比例するが、「非可逆的」摂動はそれぞれ別々に、伝搬方向によって逆伝搬ビームに影響を与えるという時変摂動がみられる。上記非可逆摂動は、２つの波が伝搬する光媒体の対称性が物理的効果によって損なわれることにより発生する。非可逆効果のうち２つは周知である。ファラデー効果、すなわち共線磁気光学効果は、磁界が光学材料内で電子の優先スピン方向を生成する時に発生し、一方サニャック効果、すなわち慣性相対論的効果は、慣性フレームに対する干渉計の回転が伝搬時間の対称性を失わせる時に発生する。後者の効果が、リングおよび光ファイバ・ジャイロスコープ両方の操作原理として用いられる。
【０００４】
ジャイロの逆伝搬ビームにより形成された干渉縞または干渉パターンは、直流成分、およびビーム間の位相差のソースに関連する成分（例えば、余弦関数）という２つの要素から構成される。この位相差は、例えば、回転により、非可逆摂動を測定することができる。干渉縞のパターン形状の帰結として、測定される位相差が小さい（例えば、回転レートが低い）場合、結合ビームの強度は位相差に比較的鈍感である。何故なら、上記位相差は、位相フリンジ・パターンの最大値に近くならないと発生しないからである。さらに、単に複合ビームの強度が回転の向きまたは方向を表すわけではない。
【０００５】
干渉縞のパターン形状の結果生ずる上記の特徴については、普通、逆伝搬ビームに人工的に偏向させた位相差を重ね合わせることにより、説明される。位相変化を偏向することは、また「非可逆ヌル・シフト」としても周知であり、位相差に対する強度測定の感度を高める。感度の最大値は、ジャイロスコープの動作点を、±π／２（または、その奇数倍したもの）へシフトさせることにより達成される。さらに、バイアスを＋π／２〜−π／２の間で変えることにより、２つの異なる動作点がみられる。これにより、位相差の効果と直流強度変化の効果とを分離させることができる。
【０００６】
位相変調の他に、干渉計出力の処理には、普通、非可逆（サニャック）効果により負帰還メカニズムを介して追加の位相変化を取り入れ、それを補償するという「位相無効」が用いられる。普通、負帰還は、位相ランプを生成し、その傾斜角度は、測定される回転レートに比例する。実際には、無効位相が電圧の制約条件により無限に増大することはありえないため、高さが０〜２πラジアンの間で変化するランプが用いられる。
【０００７】
光ファイバ・ジャイロスコープにより回転レートを測定するための閉ループまたはフィードバック・システムの設計に関する問題点についての種々の解決方法については、多くの米国特許に開示されている。グレインドルジュ他の連番第４，７０５，３９９号は、各ステップの高さが測定された位相差に等しく、それぞれの幅または期間が、光コイルの群遅延時間であるという「階段状」波形を使用しているディジタル装置について開示している。平均して、ランプの傾斜角度は、測定された一単位時間当りの非可逆位相差に同等である。ディジタル信号プロセッサによって得られた同期を介して、位相変調を、直接、ディジタル・ランプに追加して、位相変調器を制御する結合信号を発生することができる。ジョンＧ．マークおよびダニエルＡ．タザルテスの「多重方式３軸ジャイロ用ループ制御装置」という名称の米国特許第５，３３７，１４３号は、３軸ジャイロ用ループ制御装置として機能する特殊用途向ＩＣ（”ＡＳＩＣ”）について開示している。この制御装置は、３つの変調されたジャイロのディジタル化された出力を受けて、それぞれに関連する回転を測定し、出力をディジタルで処理し、そしてジャイロ位相変調器を駆動するためのアナログ信号を提供する。マイクロプロセッサ制御装置には、ある程度のフレキシビリティが追加され、それにより種々のタイプの変調（例えば、ランダム、擬似ランダム、直交、決定論的）、およびシステムのパラメータを更新するための拡張演算能力を利用することができる。ジョンＧ．マークおよびダニエルＡ．タザルテスの「分散データ処理機能を備えた光ファイバ・ジャイロスコープ用ループ制御装置」という名称の米国特許第５，６８４，５８９号は、必要なデータ処理機能を分散させるための個々の装置を含み、これにより各ループ通過時間内に追加の有効なジャイロ機能を使用できるように操作を平行して行うことができるループ制御装置のアーキテクチャについて開示している。このジャイロ・アーキテクチャでは、ジャイロ処理装置がスループット集中テストおよびブランチ操作を行う必要がない。
【０００８】
ジョンＧ．マークおよびダニエル・タザルテスの「光ファイバ・ジャイロスコープ用レート制御ループ」という名称の米国仮特許出願０８／８９３，９６１は、例えば、高ｇの操作環境で、偏り誤差の有意な要因として認識される、いわゆる速示残留誤差の衝撃を減らすように構成されている閉ループ・ジャイロについて説明している。これは、縦続の複数のフィードバック積分器を含む帰還経路内でレート制御装置を用いることにより達成される。上記装置により、結果的に感知されたジャイロ・レートに対する残留ジャイロ誤差のより高次の関係を推定することができる。
【０００９】
上記装置の各々は、検出するのが難しいターンオン誤りを受けやすい。干渉計光ファイバ・ジャイロは、ｎが整数であるφ＋２ｎπの位相変化が、一次のオーダーまで、φのうちの１つと区別ができないモジュロ２πをベースにして作動する。これは、当然、強度Ｉと位相変化φとの干渉計関係について説明する余弦関係から続く。上記関係は、光検出器で電気出力に変換される際に保持される。傾斜角度の実質的範囲で作動するサニャック換算係数（位相オフセットΔφとジャイロ・レートθとの比率）の大きなジャイロの場合、そのような本来のあいまいさは、特に、システムの起動時に面倒なものとなる。例えば、サニャック換算係数が３．５μラジアン／度／時間の１０００ｍジャイロは、傾斜角度が±２５０度／秒で、±πの位相変化を示す。従って、閉ループ・ジャイロ・システムのレート・トラッキングは、±２５０度／秒を超える操作が予想される場合、すなわち現代のほぼ全ての高性能航空機の場合、±πを超える値まで作動しなくてはならない。
【００１０】
上記閉ループ従来技術ジャイロ装置において、閉ループ・システムは、どんな場合でも、−π＜φ＜πによって形成されたゼロ番目のモードまたは干渉縞内でパワーアップすると推定される。航空機の運転中、レートが上昇するため、ゼロ番目の干渉縞を大きく外れた値がループのフィードバック積分器内でトラッキングできるように、位相の変化は、フィードバック積分器に記録され、蓄積される。従来技術装置の各々は、位相変調器を駆動させる誤差および電圧を最小限に抑えられるようにフィードバックされた値が適切にゼロ番目の干渉縞内にあるような装置を含む。例えば、米国特許第５，６８４，５８９号では、位相ランプを表す２進ワードの積分器は、それが−π〜πの範囲内のみ適応するように計測される。この積分器に加算または減算された値は、オーバーフローを引き起こすことがあり、これが±２π分のロールオーバを正確に示し、よって、モジュロ２πの操作を保持する。また、一次フィードバック積分器と位相ランプ積分器間の左へのシフト操作により、フィードバック積分器の範囲が実質的に±πを超えることを確保する。
【００１１】
一般に、初期設定時のゼロ番目の干渉縞内のレートの場合はうまく行える。しかし、種々のソースが、パワーアップ時に干渉縞の誤捕獲を生成することがある。これは、例えば、初期設定時に大きな信号がある際に発生することがあるが、これらの信号はゼロ番目の干渉縞を外れて、フィードバック積分器に蓄積されていく。ジャイロは、±２πまたはその倍数の超過数値に鈍感なので、トラッキング・ループは、フィードバック積分器内で最初の偽位相蓄積により、大きなレート推定値（そして、これにより誤差）を提供するにもかかわらず、それ以後は完全に安定する。
【００１２】
従来技術では、蓄積によって引き起こされる誤差の問題を、初期設定後しばらくしてから位相トラッキング・フィードバック積分器をクリヤし、その後、信号が一旦、落ち着いてからループを再捕獲することにより解決してきた。この方法は、貴重な時間を浪費するループ再捕獲を必要とするという望ましくない結果を引き起こす。上記のように、より高次の操作のためのジャイロ装置について開示する係属出願の米国特許出願０８／８９３，９６１のループは、残念ながら、単に位相トラッキング・アキュムレータをゼロにリセットするだけで、過渡期を生成し、これにより再捕獲する前にループを大きな値まで駆動するので、初期ループ捕獲手順がさらに一層困難になる。これは、間違った干渉縞で作動する可能性をまたも開くことになる。
【００１３】
（発明の開示）
本発明は、第一の態様において、閉ループ光ファイバ回転感知装置を提供することにより、従来技術の上記および他の欠点を解決する。上記装置は、位相変化の干渉計測定を行うための光ファイバ・ジャイロスコープを含む。フィードバック積分器は、フィードバック積分器に供給するための所定の形式で、ジャイロスコープの出力を対応する値に変換するための復調器とともに提供される。
【００１４】
フィードバック積分器は、第一の入力ポートで、値を受信するための演算装置を含む。帰還経路は、装置の出力を装置の第二の入力ポートに連結する。手段は、値を受けて作動し、出力を提供するための帰還経路内に提供される。上記手段は、ジャイロスコープ出力のゼロ番目の干渉縞内にある所定の形式で、その値を対応する値にリセットするための手段を含む。
【００１５】
第二の態様において、本発明は、位相変化の干渉計測定を行うための光ファイバ・ジャイロスコープと、フィードバック積分器へ供給するための所定の形式でジャイロスコープの出力を対応する値に変換するための復調器とを含むタイプの閉ループ・システムにフィードバックを備えた算術論理演算装置を含むフィードバック積分器を初期化する方法を提供する。上記方法は、算術論理演算装置から値を受信するステップを含む。その後、値は、ジャイロスコープの出力のゼロ番目の干渉縞内に入るような所定の形式で対応する値にリセットされる。
【００１６】
本発明の上記および他の特徴および利点は、下記の詳細な説明を読めば明らかになるだろう。上記説明は一連の図面を参照しながら行う。本明細書中の参照番号に対応する図面の数字は、本発明の機能を示すが、全図面中類似の参照番号は類似の機能を示す。
【００１７】
（本発明を実施する最良の形態）
図１は、本発明による、ゼロ番目のリセットをフィードバック積分器に組み込んだ閉ループ光ファイバ・ジャイロ・システムの概略ブロック図である。本発明は、一般に、２補数、固定小数点および浮動少数点演算を含むが、これに限定されるわけではなく、種々のディジタル・システムを使用している閉ループ・ジャイロ・システム（いくつかは、本願の背景部分で説明している）に適用可能であることを理解することができるだろう。
【００１８】
コヒーレント光源（図示せず）は、出力ビームをコイル内で逆伝搬する一対のビームに分割するための光ファイバ・コイル、および関連カプラ（図示せず）を含むジャイロ１０に出力ビームを供給する。ジャイロ１０からの干渉計出力ビームは、光検出器、前置増幅器および光エネルギーを対応するアナログ電気信号に変換させるためのフィルタ・コンポーネント素子を含む光受信機１２によって受信される。光受信機１２の出力は、ジャイロ１０の復調出力を示すディジタル信号を生成するためのアナログ−ディジタル変換器を含む復調器１４を駆動する。復調器１４の上記出力は、位相誤りの検出値Δφを説明する所定の形式で一連のディジタル・データ・ビットからなるワードを含む。上記ワードは、本発明によるゼロ番目の干渉縞のリセットを組み込んだフィードバック積分器１６に供給される。上記リセットは、積分器の値を駆動し、またはゼロ番目の干渉縞の範囲−π＜φ＜πに入るよう変換する。本発明は、リセット値φが、干渉計強度出力Ｉに対し、最初に入力された値φと同じ関係を有する連続体のφ上にくるように選択されるよう規定していることを理解することができるだろう。ジャイロ制御ループを初期設定するための従来技術の方法とは対照的に、上記初期値φをリセットすることは、無駄が多く、時に誤差を生じやすいループ再捕獲技術とは関係ない。
【００１９】
フィードバック積分器１６から出力されたリセット値φは、ジャイロ換算係数を掛けて、１８でレートθとして読み出される。ディジタル利得２^xは、２０でフィードバック積分器１６の出力に供給され、２２で変調（決定論的、ランダム、または擬似ランダム）が施される。その変調値は、ドライバ２６に供給するための階段状波形を形成する位相ランプ積分器２４に供給される。ドライバ２６の電圧出力は、ジャイロ１０内で逆伝搬する光のビーム間で位相変化を生成するための、位相変調器２８の電極に供給される。
【００２０】
図２は、本発明のフィードバック積分器１６のブロック概略図である。積分器１６は、復調器１４から出力されたワードを受信するための入力ポート、および第二の入力を受信するためのフィードバック・ポートを有する算術論理演算装置３０を含む。算術論理演算装置３０のフィードバック装置により、積分器としての操作を可能にし、各ループ通過時間（τ）中に検出された増分φを合計する。上記増分φは、位相変調器２８を駆動するために用いられる階段状波形が、絶えず、ジャイロ１０の出力を無効にしようとするので、増加分θに相当する。図２において、プロセッサ３２が算術論理演算装置１６のフィードバック・ループ内に位置しているのが分かる。プロセッサ３２には、順番に、Ｍビット・ワードを受信し、それを（ｘ＋Ｍ−Ｎ）分、左へシフトするための第一の算術シフタ３４がある。（但し、ｘは、上記のように、利得２^xとなるようなディジタル・シフト・カウントであり、ＮはＭより小さい整数である）。第二（右側）の算術シフタ３６は、第一の算術シフタ３４の後に位置し、それが受信するワードを（ｘ＋Ｍ−Ｎ）分、右へシフトするようになっている。保持レジスタ３８は、上記値が、いつでも次の位相増分Δφを受信できる状態で算術論理演算装置３０にフィードバックされると同時に、図１に示すように、第二の算術シフタ３６の出力を受信し、それをディジタル利得２０に供給する。両シフタ３４および３６は、３９で信号入力により割込み可能となる。ループ内の初期の蓄積がゼロ番目の干渉縞に一旦リセットされると、初期設定後、上記値が、レート測定値を確実に反映するので、ディジタル利得２０に供給するためのＭビット値の蓄積をゼロ番目の干渉縞の外側へ外せるように信号入力は３９で低下する。
【００２１】
本発明の代替実施形態は、図３に概略的に示されている。フィードバック積分器１６は、入力ポートで復調器１４の出力を受信するための算術論理演算装置３０と、フィードバック・ループの出力を受信するためのフィードバック・ポートを含む。図２の実施形態とは異なり、図３の実施形態は、算術論理演算装置３０から２補数ロジックで、Ｍビット・ワードを受信するための第一のＭビット・レジスタ４０と、第一のレジスタ４０の内容を受信して、それを第二のレジスタ４４に供給する第二のＭビット・ワードに変換するためのスイッチング・マトリクス４２を含む。第二のレジスタ４４の内容は、その後、図１に示すように、ディジタル利得２０と、次の位相増分Δφを処理するための算術論理演算装置３０のフィードバック端末との両方に供給される。
【００２２】
図２および図３の実施形態の各々は、２補数ロジックで操作可能な閉ループ・ジャイロをベースにしている。上記論理の性質を認識することが、上記実施形態のリセット・メカニズムおよび操作を総体的に理解するのに必要不可欠である。２補数ロジックでは、数値は、以下のように、Ｍビット・ワードに符号化される。すなわち、最上位ビットは、正と負の意味に関連付けられ、他の全てのビットは、その反対の意味に関連付けられる。従って、残りの値の正負符号は、最上位ビットの値（０または１）によって決定される。残りのビットは、最上位ビットの次の値から始まって最下位ビットまで処理され、２の乗数を連続して減算していった一連の値に対応する。図４は、２補数の形式によって１１ビットのシーケンスに対する上記構造の一例を示す。理解されるように、最上位ビットは、”−８”に対応し、それより下位のビットは、２の乗数を連続して減算していった正の値に対応する。図４に示された１１ビットのワードの構造において、シーケンス「１０００１１０００００」は、その値を２補数で符号化すると、−７１／４（すなわち、１・（−８）＋０・４＋０・２＋０・１＋１・１／２＋１・１／４＋０・１／８＋０・１／１６＋０・１／３２＋０・１／６４＋０・１／１２８）として表される。
【００２３】
最上位ビット（ＭＳＢ）の右側にある値は、漸近的に合計して、正負符号を反転させた最上位ビットの値になるというのが、２補数ロジックの特質である。この論理と記号は、境界をつけた連続体上に存在する値φを識別するための役に立つ論理を提供するため、位相差φを表すのに非常に適している。（例えば、−８π≦φ＜８π、図４を参照）
【００２４】
図２および図３の実施形態は、そのうちの各々が、２補数ロジックを使用しているシステム内で作動するようになっており、それらは、復調器１４から出力された値を受けて同等の操作を行う。各実施形態において、閉ループ・ジャイロ・システムは、位相ランプ積分器２４に入力された最大値がＮビットのワードを含むようになっている。従って、２ ^Ｎはこのシステムでは２πに相当する。図１において、フィードバック積分器１６の出力は、フィードバック積分器の出力が、（２２で変調が行われている）位相ランプ積分器２４に供給する前にディジタル利得２ｘを被るので、２ ^Ｎ−ｘが位相差２πに相当するようになっている。
【００２５】
図１の閉ループ・システムが、仮にＭビットの２補数ロジックを使用しているとすれば、最初に図２の実施形態において、ループを初期設定する際に、「高」または「オン」パルス４６が、プロセッサ３２の算術シフタ３４および３６を割込み可能にする。第一のシフタ３４内で、算術論理演算装置３０から最初に出力されたＭビット値は、値２πに対応するビットが最上位ビット（ＭＳＢ）となり、そのビット値より大きなビットは全て破棄されるように、左へシフトされる。すなわち、（Ｎ−ｘ）番目のビットの右側にあるビット（すなわち、「より小さいビット」）が、そのビットの左側に続くため、算術論理演算装置１６の初期出力のＭ−（Ｎ−ｘ）ビットは破棄される。その結果ワードは、その後、割込み可能な第二の算術シフタ３６で、同一の（Ｍ−Ｎ＋ｘ）分、右へシフトされる。右へシフトする際に、シフトする前のワードの最上位ビットは、ワードがシフトされるのと同じビット数分コピーされるというのが、算術シフタの周知の特性である。従って、第二の算術シフタ３６によってシフトされる際に、それ以後、保持レジスタ３８に入力されたＭビット・ワードは、以下の形で表される。
ｉ）第一（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビット：全て１または０
ｉｉ）残りのＮ−ｘビット：算術論理演算装置１６のＭビット出力の最下位（Ｎ−ｘ）ビットと同じ。
【００２６】
上記変換により、ゼロ番目の干渉縞内で、算術論理演算装置１６により最初に出力された値を、適切に見つけだせることは、定性的に、理解することができる。図４およびその図に添付された説明において、フィードバック積分器１６のゼロ番目の干渉縞のリセットにより実行される変換により、（Ｎ−ｘ）最下位ビットが、ゼロ番目の干渉縞内の値を画定するＭビット・ワードを生成する。（（Ｎ−ｘ）ビットが２の補数の書式では、それ自身であることに留意されたい。）
【００２７】
（Ｎ−ｘ）番目のビットが負の値を示す場合は、保持レジスタ３８に記憶された最上位の（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビットは等しく１である。（Ｎ−ｘ）の最下位ビットがゼロ番目の干渉縞内で正の値を示す場合、最上位の（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビットは図２に従って処理されると、全て０である。また、上記のように、２補数ロジックの操作において、いずれの場合でも、保持レジスタ３８に供給されたＭビット・ワードはゼロ番目の干渉縞内にある（干渉計出力の干渉縞のパターンに関して）同等の値φであることが確認できる。すなわち、φ_mがレジスタ３８に出力された変更値φを示すとすれば、φ_m＝φ−２πｎとなる。但し、ｎは整数で、−π≦φ_m＜πとする。
【００２８】
算術論理演算装置３０により最初に出力された値が、一度、等価のゼロ番目の干渉縞値のφへ適切にシフトされていれば、割込み可能な端末３９への入力は低下し、算術論理演算装置３０の出力を時間遅延（τ）でフィードバックすることができる。フィードバック積分器１６の出力は、適切であれば、これでゼロ番目の干渉縞の境界線の外側へ自由に拡張することができる。長い最初の過渡期が予想される場合、割込み可能な制御装置３９は延長時間中、「オン」に保持される。
【００２９】
実質的に同一の操作が、図３の実施形態において達成される。算術論理演算装置３０の初期出力は、第一のＭビット・レジスタ４０に供給される。レジスタ４０内に記憶されたＭビット値は、第二のレジスタ４４に記憶されたワードが第一のレジスタ４０内に記憶されたワードと同一の（Ｎ−ｘ）最下位ビットを含むように、スイッチング・マトリクス４２を用いて変換される。最上位（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビットは（Ｎ−ｘ）番目のビットと同一である。図５は、上記変換を達成するためのスイッチング・マトリクス４２の概略図である。理解されるように、図３の実施形態の保持レジスタ４４に記憶されたＭビット・ワードは図２の実施形態の保持レジスタ３８に記憶されているものと同じものである。従って、同じゼロ番目の干渉縞のリセット変換は、図２および図３に示されるように２の補数のシステムで達成される。ゼロ番目のモード・リセットは、リセット命令３９によって制御される。割込み可能となった時、命令３９は、スイッチング・マトリクス４２の全てのスイッチをそれらの「下位の」ポジションにセットし、上位ビットの変更を強制的に実行する。割込み禁止の場合、命令３９は全てのスイッチをそれらの正常な「上位の」ポジションにセットし、それにより、レジスタ４０の内容は、レジスタ４４に同一にコピーされる。
【００３０】
本発明の内容は、２補数のディジタル論理を用いた閉ループ・システムに関して説明されている。しかし、本発明は、上記論理を用いた閉ループ・システムに限定されるわけではない。むしろ、本発明の中心的概念は、例えば、ゼロ番目の干渉縞内でフィードバック積分器１６の出力を対応する値に最初にリセットしておくことが、ディジタル論理の他のシステムを用いた閉ループまたは開ループ・システムに拡張させることができるということである。
【００３１】
ｘ−２πｍとして定義された数Ｙは、ゼロ番目の干渉縞内（−π≦Ｙ＜π）にあることを示すことができる。但し、ｍは以下のいずれかの式により定義される。
ｍ＝ＩＮＴ（１／２（（ｘ／π）＋１）
但し、ＩＮＴ（）は切り捨てて、小さい方の（または等しい）整数にする。
または、
ｍ＝ＲＯＵＮＤ（ｘ／２π）
但し、ＲＯＵＮＤ（）は一番近い整数に四捨五入する。
【００３２】
上記同一の演算の各々は、ほぼ本発明によって形成されたフィードバック積分器１６内で実行される。すなわち、ゼロ番目の干渉縞内のリセット値φは、上記の演算のいずれかによって算術論理演算装置３０のフィードバック・ループ内で、ｘを受けて演算することにより、フィードバック積分器１６の算術論理演算装置３０により出力された初期値φから引き出すことができる。図６は、浮動小数点演算を用いたシステムで使用するためのフィードバック積分器のブロック概略図であり、図７は、その代替実施形態を示す。図６および図７の各々は、図２および図３の２補数ロジックの実施形態にほぼ対応している。図６の実施形態において、ＩＮＴ（「整数」の略）演算は、マイクロプロセッサ４６内で、上記の通りに実行され、図７の実施形態において、ＲＯＵＮＤ操作は算術論理演算装置３０のフィードバックのマイクロプロセッサ４８内で実行される。ＲＯＵＮＤおよびＩＮＴ演算は両方とも、浮動小数点演算で簡単に実行される。本発明の同等の実施形態は、使用された形式および表示値πによって、特定の実行の詳細（すなわち、プロセッサ４６および４８によって実行される関数の等価）を有する追加の数値の書式（例えば、２進オフセット）に数式化される。
【００３３】
従って、本発明は、閉ループ・ジャイロ・システムを初期設定するための改良方法を提供するものであることを理解することができるだろう。本発明の内容を使用することにより、上記システムの操作中全体を通して、回転レートの確かな読み取り値を得ることができる。これは、従来技術のシステムが困難で時に信頼できないような再捕獲プロセスを必要としていたのに比べ、大いに対照的であり、改良されている。
【００３４】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されない。それどころか、本発明は、以下の特許請求の範囲に定義され、それと同等のもの全てを、その範囲内に含む限りにおいてのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゼロ番目の干渉縞のリセットをフィードバック積分器に組み込んだ閉ループ光ファイバ・ジャイロ・システムの概略ブロック図である。
【図２】２の補数の論理を使用した閉ループ・システムで使用するための本発明のフィードバック積分器のブロック概略図である。
【図３】２の補数の論理を使用した閉ループ・システムで使用するための本発明の代替実施形態のフィードバック積分器のブロック概略図である。
【図４】２の補数を示した一例である。
【図５】図３の実施形態のスイッチング・マトリクスの回路概略図である。
【図６】固定または浮動少数点演算を使用したシステムで使用するためのフィードバック積分器のブロック概略図である。
【図７】浮動少数点演算を使用したシステムで使用するためのフィードバック積分器の代替実施形態のブロック概略図である。

Claims

閉ループ光ファイバ回転感知装置であって、
ａ）位相遷移の干渉計測定を行うための光ファイバ・ジャイロスコープと、
ｂ）フィードバック積分器と、
ｃ）前記フィードバック積分器に供給するために、所定の形式で前記ジャイロスコープの出力を対応する値に変換するための復調器と、
ｄ）前記フィードバック積分器は、第一の入力ポートで前記値を受信するための演算装置を含み、
ｅ）前記装置の出力を前記装置の第二の入力ポートに連結するフィードバック経路と、
ｆ）前記フィードバック経路内に位置し、前記値を受けて動作して、出力を提供する手段と、
ｇ）前記ジャイロスコープの出力のゼロ番目の干渉縞の内にある前記形式で、前記値を対応する値にリセットするための手段を含む前記手段とを組み合わせて、備え、
前記所定の形式が２補数ロジックであり、
前記対応する値が第一のＭビット・ワードを含むことと、
前記閉ループ・システムが、前記フィードバック積分器の出力に２ ^ｘ値のディジタル利得を供給するための手段をさらに含み、
リセットするための前記手段が、第二のＭビット・ワードの最上位のＭ−Ｎ＋ｘビットが、前記第一のワードのＭ−Ｎ＋ｘ番目のビットと同一であり、前記第二のワードの残りのビットが、前記第一のワードの対応するビットと同一になるように、前記第一のワードを前記第二のＭビット・ワードに変換するための手段を含むことを特徴とする閉ループ装置。
請求項１に記載の閉ループ装置において、前記変換手段が、
ａ）Ｍ段を含む第一のレジスタと、
ｂ）前記レジスタの内容を、前記レジスタの（Ｍ−Ｎ＋ｘ）段まで上下両方向にシフトするための手段（但し、ＮはＭより小さい整数）と、
ｃ）前記ワードの（Ｎ−ｘ）番目の最下位ビットを前記レジスタの（Ｍ−Ｎ＋ｘ）の最上位段にコピーするための手段とをさらに含む閉ループ装置。
請求項１に記載の閉ループ装置において、前記変換手段が、
ａ）算術シフタと、
ｂ）前記シフタに前記第一のＭビット・ワードを（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビット分上方に、そして（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビット分下方にシフトするための手段とをさらに含む閉ループ装置。
位相遷移の干渉計測定を行うための光ファイバ・ジャイロスコープと、前記フィードバック積分器へ供給するために所定の形式で前記ジャイロスコープの出力を対応する値に変換するための復調器を含むタイプの閉ループ・システム中に、フィードバックを備えた演算装置を含むフィードバック積分器を初期設定するための方法であって、
ａ）前記演算装置から前記値を受信するステップと、
ｂ）その後、前記ジャイロスコープの出力のゼロ番目の干渉縞の内に入る前記形式で前記値を対応する値にリセットするステップと、前記リセットするステップが、前記値に基づき所定の論理演算を行うステップを含み、
ｃ）２補数のロジックで前記値を第一のＭビット・ワードに形式設定するステップと、
ｄ）その後、（Ｍ−Ｎ＋ｘ）の最上位ビットが前記第一のワードの（Ｍ−Ｎ＋ｘ）番目のビットと同じで、第二のワードの残りのビットが前記第一のワードの対応するビットと同一である（但し、ＮはＭより小さい整数であり、２ ^ｘは前記閉ループ・システムのディジタル利得である）前記第二のＭビット・ワードに前記第一のワードを変換することにより前記論理演算を実行するステップと、
ｅ）その後、前記第二のワードを前記演算装置に供給するステップと、
ｆ）その後、上記のステップｃからステップｅまでを繰り返すステップとをさらに含む方法。
請求項４に記載の方法において、変換するステップが
ａ）Ｍ段を含む第一のレジスタを提供するステップと、
ｂ）その後、前記Ｍビット・ワードを前記第一のレジスタに入力するステップと、
ｃ）その後、前記ワードの（Ｎ−ｘ）最下位ビットを前記第一のレジスタの（Ｍ−Ｎ＋ｘ）段まで上方にシフトするステップと、
ｄ）その後、前記（Ｎ−ｘ）ビットを前記第一のレジスタの前記（Ｍ−Ｎ＋ｘ）の最上位段まで下方にシフトするステップと、
ｅ）前記第一のレジスタの前記（Ｍ−Ｎ＋ｘ）の最上位段に前記ワードの前記（Ｎ−ｘ）最上位ビットをコピーするステップと、
ｆ）その後、前記装置に、Ｍビットの２補数のワードとして前記第一のレジスタの内容をフィードバックするステップと、
ｇ）その後、上記ｂからｆまでのステップを繰り返すステップとをさらに含む方法。
請求項４に記載の方法において、変換するステップが、
ａ）前記第一のワードを算術シフタに供給するステップと、
ｂ）その後、前記ワードを（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビット分上方にシフトするステップと、
ｃ）その後、前記ワードを（Ｍ−Ｎ＋ｘ）ビット分下方にシフトするステップとをさらに含む方法。