JP4860467B2 - 位相生成搬送波の復調位相オフセットと独立なセンサアレイ誘導位相角のフィルタリング計算方式 - Google Patents

Description

本発明は、概括的には信号処理に関し、より詳細には、光ファイバセンサアレイからの信号の復調に関する。
関連出願の相互参照
本願は、本願と同じ譲受人に譲渡された、以下の出願に関連する。２００３年６月２０日に出願されたその出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される。

David B. Hallによる「CALCULATION OF SENSOR ARRAY INDUCED PHASE ANGLE INDEPENDENT FROM DEMODULATION PHASE OFFSET OF PHASE GENERATED CARRIER」
政府の権利について
アメリカ合衆国政府は、米国海軍省によって授与された契約第Ｎ０００２４−０２−Ｃ−６３０５号に従って、本発明における権利を有する。

時分割多重式（「ＴＤＭ」）システムの光ファイバセンサアレイは、パラメータ、たとえば、音響振動、流体圧変動、加速度、及び磁界強度の変化を測定するのに使用されることが多い。光ファイバセンサアレイは、周期Ｔを有する位相生成搬送波を使用して、所与のサンプリングレートでパラメータの変化を測定する。光ファイバセンサアレイは、パラメータに関連する位相角を、光出力パルス上の振幅変動に変換する。

位相角は、出力パルスの種々の復調技法によって測定される。典型的な復調技法は、出力パルスの直交成分Ｑ及び同相成分Ｉを使用する。直交成分Ｑは、位相角の正弦（サイン）に対応し、同相成分Ｉは、位相角の余弦（コサイン）に対応する。比Ｑ／Ｉのアークタンジェントは位相角に等しい。パラメータの変化のマグニチュードは、その後、位相角の変化から計算することができる。

直交成分Ｑ及び同相成分Ｉの計算は、位相生成搬送波の特定の間隔での、出力パルスの複数のサンプルを必要とする。出力パルスは、出力パルスの特性を改善するためにフィルタリングされる。位相生成搬送波の周期は、出力パルスの周期より大幅に長い。位相生成搬送波のより長い周期は、位相生成搬送波のそれぞれ必要とされる間隔を得るために、いくつかの出力パルスに及ぶサンプルを必要とする。位相生成搬送波のより長い周期は、復調技法のサンプリングレートを減少させる。

高速の位相生成搬送波（たとえば、１ＭＨｚより大きい周波数、又は、１０００ナノ秒より小さい周期）は、位相生成搬送波に関連する復調位相オフセットβの精密な制御を可能にしない。復調技法の１つの欠点は、復調位相オフセットβの一定値からの変動が、復調技法の精度を低下させることである。

したがって、位相生成搬送波とフィルタを使用する光ファイバセンサアレイの復調技法について、復調位相オフセットへの依存性を減らすことに対する必要性が存在する。

本発明は一実施形態において一方法を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変（時間で変化する）位相角φを誘導するパラメータを使用する。センサアレイからの出力信号がフィルタリングされ、フィルタリングされた信号を生成する。フィルタリングされた信号の使用によって、復調位相オフセットβと独立に位相角φが計算される。

本発明の別の実施形態は一装置を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する。装置は、センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するフィルタコンポーネントを備える。装置はさらに、フィルタリングされた信号を使用して、復調位相オフセットβと独立な位相角φを計算するプロセッサコンポーネントを備える。

本発明の更に別の実施形態は物品を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する。物品は、１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体を備える。物品は、センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するための、１つ又は複数の媒体内の手段を備える。製品は、フィルタリングされた信号の使用によって、復調位相オフセットβと独立に位相角φを計算するための、１つ又は複数の媒体内の手段を備える。

本発明の例示的な実施態様の特徴は、説明、特許請求の範囲、及び添付図面から明らかになるであろう。

図１を参照すると、１つの例としての装置１００は、コンピュータソフトウェア及び／又はハードウェアコンポーネントなどの複数のコンポーネントを備える。複数のこうしたコンポーネントが、装置１００において、結合するか又は分割することができる。装置１００の例示的なコンポーネントは、当業者によって理解されるように、複数のプログラミング言語の任意の言語で書かれるか、又は、任意の言語で実施されるコンピュータ命令のセット及び／又はシリーズを使用し且つ／又は含む。

図１を参照すると、１つの例における装置１００は、１つ又は複数のレーザ１０２、１つ又は複数の光スイッチ１０４、１つ又は複数の位相変調器１０６、１つ又は複数のセンサアレイ１０８、１つ又は複数の光レシーバ（受信機）１１０、１つ又は複数のフィルタコンポーネント１１１、及び１つ又は複数のプロセッサコンポーネント１１２を備える。１つの例において、装置１００は、本明細書で述べるように、パラメータの変化を測定するために光信号を復調する。１つの例におけるレーザ１０２は、連続波レーザを備える。レーザ１０２は、光スイッチ１０４を通して光信号を生成し、位相変調器１０６を通して光信号をセンサアレイ１０８に送出する。

１つの例における光スイッチ１０４は、時分割多重式（「ＴＤＭ」）スイッチを備える。光スイッチ１０４は、光信号が光パルスのストリームを含むように光信号をゲート制御する。位相変調器１０６は、位相生成搬送波（「ＰＧＣ」）１１４を光パルスのストリームに印加する。たとえば、レーザ１０２、光スイッチ１０４、及び位相変調器１０６は、当業者によって理解されるように、協働して、位相生成搬送波１１４を含む１つ又は複数の光パルス１１６を生成する。光パルス１１６は周期Ｔ_{ｐｕｌｓｅ}を含む。１つの例における周期Ｔ_{ｐｕｌｓｅ}は、約１００ナノ秒〜１０００ナノ秒である。１つの例における位相生成搬送波１１４は、周期Ｔ_ｐｇｃ及びＭの変調深さを含む。周期Ｔ_ｐｇｃは、当業者によって理解されるように、周波数との関係ｆ_ｐｇｃ＝１／Ｔ_ｐｇｃを含む。１つの例における周波数ｆ_ｐｇｃは、約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚである。位相生成搬送波１１４は、復調位相オフセットβと関連する。位相生成搬送波１１４は、
Ｍ・ｓｉｎ（２π・ｔ／Ｔ_ｐｇｃ＋β）
に等しい時変位相角を生成する。

１つの例におけるセンサアレイ１０８は、１つ又は複数のセンサ１２４、１２６、及び１２８、たとえば、不整合経路(mismatched path)干渉計を備える。センサアレイ１０８は、光パルス１１６を１つ又は複数の光パルス１１８、１２０、及び１２２に、たとえば、１つのセンサ当たり１つのパルスに分割する。１つの例における光パルス１１６、１１８、１２０、及び１２２は、実質的に同じである。センサアレイ１０８のセンサ１２４、１２６、及び１２８は、それぞれ、光パルス１１８、１２０、及び１２２を受信する。１つの例におけるセンサアレイ１０８のセンサ１２４、１２６、及び１２８は、１つ又は複数のパラメータ並びに光パルス１１８、１２０、及び１２２を使用して、１つ又は複数のそれぞれの干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を生成する。例示的なパラメータは、音響振動、流体圧変動、加速度、及び磁界強度を含む。たとえば、センサ１２４は、光パルス１１８を第１部分と第２部分に分割する。センサ１２４は、パラメータを使用して、光パルス１１８の第２部分を基準にして、光パルス１１８の第１部分上の時間で変化する（時変）位相角φを誘導する。センサ１２４は、光パルス１１８の第１部分と光パルス１１８の第２部分とを再結合して、干渉パルス１３０を生成する。干渉パルス１３０の時変振幅変動は、光パルス１１８の第１部分と第２部分の間の時変位相角φを表す。

光パルス１１６は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４が、比較的小さい間隔、たとえば、本明細書で述べる高いデューティサイクルを含むように中間の間隔を備えている。干渉パルス１３０、１３２、及び１３４は、光パルス１１６の周期Ｔ_{ｐｕｌｓｅ}に実質的に等しい周期を含む。センサアレイ１０８は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を、パルス列１３６で、たとえば、シリアルで光レシーバ１１０に送出する。たとえば、光パルス列１３６は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を含む。

１つの例における光レシーバ１１０は、１つ又は複数のフォトダイオード１３８を備える。さらなる例において、光レシーバ１１０は、トランスインピーダンス増幅器１４０を備える。１つの例における光レシーバ１１０は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８５２，５０７号に示される、偏光ダイバーシチレシーバシステム（図示せず）を備える。光レシーバ１１０は光パルス列１３６を受信する。光レシーバ１１０は、その後、光パルス列１３６から、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を表す１つ又は複数のそれぞれのアナログ電気信号を生成する。たとえば、光レシーバ１１０は、光パルス列１３６のパワーのマグニチュードを電圧信号に変換する。

１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１は、４次ベッセルローパスフィルタを備える。別の例では、フィルタコンポーネント１１１は、４次実数極（ポール）フィルタを備える。たとえば、フィルタコンポーネント１１１は、１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚにおいて３デシベルロールオフ周波数を含む。１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１の３デシベルロールオフ周波数は５３ＭＨｚに等しい。フィルタコンポーネントは、光信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するのに役立つ。１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１は、光レシーバ１１０からのアナログ電気信号をフィルタリングして、１つ又は複数のフィルタリングされた信号を生成する。たとえば、フィルタリングされた信号は、干渉信号１３０、１３２、及び１３４を表す。

１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、デジタル信号プロセッサを備える。さらなる例において、プロセッサコンポーネント１１２は、アナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２を備える。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、本明細書で述べる、コンピュータ読み取り可能な信号保持媒体１４４の実現例を含む。アナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２は、光レシーバ１１０からのフィルタリングされた信号をデジタル信号に変換する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の時変振幅変動を使用して、時変位相角φを計算することによって、パラメータの変化を検知するのに役立つ。

装置１００の例示的な動作の具体例について説明する。レーザ１０２、光スイッチ１０４、及び位相変調器１０６は、協働して、１つ又は複数の光パルス１１６を生成する。センサアレイ１０８は、光パルス１１６を、光パルス１１８、１２０、及び１２２に分割する。センサ１２４、１２６、及び１２８は、パラメータ並びに光パルス１１８、１２０、及び１２２を使用して、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を生成する。センサアレイ１０８は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を光パルス列１３６として光レシーバ１１０に送出する。

光レシーバ１１０は、１つ又は複数の干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を表すアナログ電気信号を生成する。たとえば、アナログ電気信号は、以下のｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）によって定義される。

ここで、Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルであり、Ｍは変調深さであり、Ｔ_ｐｇｃは位相生成搬送波の周期であり、βは復調位相オフセットであり、φは位相角である。ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）の位相角は、当業者によって理解されるように、位相生成搬送波による第１部分、すなわちＭ・ｓｉｎ（２π・ｔ／Ｔ_ｐｇｃ＋β）、及びパラメータφによる第２部分を含む。

フィルタコンポーネント１１１は、アナログ電気信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成する。１つの例におけるアナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２は、フィルタリングされた信号を、干渉パルス１３０を表すデジタル信号に変換する。プロセッサコンポーネント１１２は、デジタル信号から、干渉パルス１３０の複数のサンプルＳ_ｎ（ｎ＝０〜ｘ）を取得する。プロセッサコンポーネント１１２は、周期Ｔ_ｓにわたって時間間隔Δｔで複数のサンプルＳ_ｎを取得する。１つの例における周期Ｔ_ｓは、位相生成搬送波１１４の周期Ｔ_ｐｇｃに実質的に等しい。１つの例における周期Ｔ_ｓは、当業者によって理解されるように、サンプリングレートの増加を促進するのに役立つ。１つの例における周期Ｔ_ｓは、Ｔ_{ｐｕｌｓｅ}以下である。

１つの例における時間間隔Δｔは、周期Ｔ_ｐｇｃの偶数分数（たとえば、Ｔ_ｐｇｃ／８又はＴ_ｐｇｃ／１６）に等しい。１つの例において、プロセッサコンポーネント１１２は、Ｔ_ｐｇｃ／８の時間間隔Δｔで、時間ｔ_０で始まる複数のサンプルＳ_ｎを取得する。たとえば、複数のサンプルＳ_ｎは、ｔ_０、ｔ_０＋Δｔ、ｔ_０＋２Δｔ、ｔ_０＋３Δｔ、ｔ_０＋４Δｔ、ｔ_０＋５Δｔ、ｔ_０＋６Δｔ、及びｔ_０＋７Δｔにおける８つのサンプルを含む。別の例において、プロセッサコンポーネント１１２は、Ｔ_ｐｇｃ／１６の時間間隔Δｔで、時間ｔ_０で始まる複数のサンプルＳ_ｎを取得する。たとえば、複数のサンプルＳ_ｎは、ｔ_０、ｔ_０＋Δｔ、ｔ_０＋２Δｔ、ｔ_０＋３Δｔ、ｔ_０＋４Δｔ、ｔ_０＋５Δｔ、ｔ_０＋６Δｔ、ｔ_０＋７Δｔ、ｔ_０＋８Δｔ、ｔ_０＋９Δｔ、ｔ_０＋１０Δｔ、ｔ_０＋１１Δｔ、ｔ_０＋１２Δｔ、ｔ_０＋１３Δｔ、ｔ_０＋１４Δｔ、及びｔ_０＋１５Δｔにおける１６のサンプルを含む。

プロセッサコンポーネント１１２は、複数のサンプルＳ_ｎの１つ又は複数を使用して、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑ_ｊ（ｊ＝０〜ｙ）を計算する。たとえば、直交項の集合Ｑ_ｊは、複数のサンプルＳ_ｎのサンプル数の１／２に等しい複数の直交項を含む。複数のサンプルＳ_ｎが８つのサンプルを含む１つの例において、ｙは３に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_４、Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_５、Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_６、及びＱ_３＝Ｓ_３−Ｓ_７（図３）
として、直交項の集合Ｑ_ｊを計算する。複数のサンプルＳ_ｎが１６のサンプルを含む別の例において、ｙは７に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_８、Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_９、Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_１０、Ｑ_３＝Ｓ_３−Ｓ_１１、Ｑ_４＝Ｓ_４−Ｓ_１２、Ｑ_５＝Ｓ_５−Ｓ_１３、Ｑ_６＝Ｓ_６−Ｓ_１４、及びＱ_７＝Ｓ_７−Ｓ_１５（図４）
として、直交項の集合Ｑ_ｊを計算する。

１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉ_ｋ（ｋ＝０〜ｚ）を計算する。たとえば、同相項の集合Ｉ_ｋは、複数のサンプルＳ_ｎのサンプル数の１／４に等しい複数の同位相項を含む。複数のサンプルＳ_ｎが８つのサンプルを含む１つの例において、ｚは１に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_４）−（Ｓ_２＋Ｓ_６）、及び
Ｉ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_５）−（Ｓ_３＋Ｓ_７）（図３）
として、同位相項の集合Ｉ_ｋを計算する。複数のサンプルＳ_ｎが１６のサンプルを含む別の例において、ｚは３に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_８）−（Ｓ_４＋Ｓ_１２）、
Ｉ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_９）−（Ｓ_５＋Ｓ_１３）、
Ｉ_２＝（Ｓ_２＋Ｓ_１０）−（Ｓ_６＋Ｓ_１４）、及び
Ｉ_３＝（Ｓ_３＋Ｓ_１１）−（Ｓ_７＋Ｓ_１５）（図４）
として、同相項の集合Ｉ_ｋを計算する。

プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑ_ｊを使用して、直交項Ｑ_ｓを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、以下の直交項Ｑ_ｓを計算する。

直交項Ｑ_ｓは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。

プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉ_ｋを使用して、同相項Ｉ_ｓを計算する。プロセッサコンポーネント１１２は、本明細書で述べる定数Ｃ_１を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、以下の同相項Ｉ_ｓを計算する。

同相項Ｉ_ｓは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ_ｓ及び同相項Ｉ_ｓのそれぞれの最大絶対値が、動作範囲の変調深さＭにおいて実質的に等しいように定数Ｃ_１を計算する。

１つの例における変調深さＭは、１．０〜１．７ラジアンである。たとえば、変調深さＭは、位相生成搬送波１１４の信号強度の増加を促進するのに十分に大きい。さらなる例における変調深さＭは、変調深さＭの変化に関する直交項Ｑ_ｓ及び同相項Ｉ_ｓの安定性を促進するのに十分に小さい。たとえば、変調深さＭは、ほぼπ／２に等しい。

プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑ_ｊ及び直交項Ｑ_ｓの１つ又は複数を使用して、直交項Ｑを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ_ｓのマグニチュード及び直交項の集合Ｑ_ｊの直交項のうちの１つの直交項の符号を使用して、Ｑを計算する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、マグニチュードのゼロ交差を回避するために、比較的大きいマグニチュードを含む直交項Ｑ_１を選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ_１のマグニチュードがゼロに近づくとき、より大きなマグニチュードを有する異なる直交項、たとえば、直交項Ｑ_０を選択する。直交項Ｑは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。

プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉ_ｋ及び同相項Ｉ_ｓのうちの１つ又は複数を使用して、同相項Ｉを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、同相項Ｉ_ｓのマグニチュード及び、同相項の集合Ｉ_ｋの同相項のうちの１つの同相項の符号を使用して、Ｉを計算する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、マグニチュードのゼロ交差を回避するために、比較的大きいマグニチュードを含む同相項Ｉ_１を選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、同相項Ｉ_１のマグニチュードがゼロに近づくとき、異なる同相項、たとえば、同相項Ｉ_０を選択する。同相項Ｉは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。

１つの例における復調位相オフセットβの変化は、直交項Ｑ及び／又は同相項Ｉの符号を変える。１つの例における幅π／２の４つの動作帯域は、復調位相オフセットβについて、０〜２πの全範囲にわたって存在する。復調位相オフセットβのマグニチュードが動作帯域の境界に近い場合、Ｉの符号を決定するために選択される同相項Ｉ_ｋのマグニチュード、及び／又はＱの符号を決定するために選択される直交項Ｑ_ｊのマグニチュードはゼロに近づく場合がある。Ｉの符号を決定するために選択される同相項Ｉ_ｋのマグニチュード、及び／又はＱの符号を決定するために選択される直交項Ｑ_ｊのマグニチュードがゼロに近づく場合、プロセッサコンポーネント１１２は、異なる直交項Ｑ_ｊ及び／又は同相項Ｉ_ｋを選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、異なる直交項Ｑ_ｊ及び／又は同相項Ｉ_ｋを選択して、復調位相オフセットβと独立な位相角φの計算を促進する。１つの例における位相変調器１０６は、復調位相オフセットβをπ／２よりかなり小さい範囲内に維持し、したがって、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβは既知である必要はない。

プロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ及び同相項Ｉを使用して、復調位相オフセットβと独立な位相角φを計算する。直交項Ｑ及び同相項Ｉは、復調位相オフセットβと独立であるため、位相角φの計算は、復調位相オフセットβと独立である。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、位相角、
φ＝ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｑ／Ｉ）
を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の複数の出現値の間の位相角φの変化を使用して、センサ１２４、１２６、及び１２８によって使用されるパラメータの変化を決定する。

図２を参照すると、プロット２０２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４並びにプロセッサコンポーネント１１２のための適切なサンプリング時間の、時間ｔに関する例示的な図を含む。干渉パルス１３０、１３２、及び１３４は、アナログ電気信号ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）によって表される。干渉パルスの直交成分及び同相成分は、それぞれ、ｓ（ｔ,Ｍ,β,π／２）及びｓ（ｔ,Ｍ,β,０）によって表される。１つ又は複数の方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、それぞれ、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の周期Ｔ_{ｐｕｌｓｅ}を表す。方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、Ｔ_{ｓｐａｃｅ}の間隔周期を含む。１つの例における方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、高いデューティサイクルを含み、たとえば、サンプリング周期Ｔ_ｓは隙間周期Ｔ_{ｓｐａｃｅ}より実質的に長い。

１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、それぞれの干渉パルス１３０、１３２、及び１３４から８つのサンプルを取得する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、周期Ｔ_ｓにわたって一定レートでサンプルを取得する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０について、８つのサンプル、すなわちＳ_０〜Ｓ_７を取得し、次の３つのサンプルＳ_{ｄｉｓｃａｒｄ}を破棄し、干渉パルス１３２について、次の８つのサンプル、すなわちＳ_０〜Ｓ_７を取得し、次の３つのサンプルＳ_{ｄｉｓｃａｒｄ}を破棄するなどである。

図３を参照すると、プロット３０２は、干渉パルス１３０の８つのサンプルについての直交項Ｑ_ｊ及び同相項Ｉ_ｋのための計算のセットを示す図を含む。８つのサンプルがとられる場合、ｘ＝７、ｙ＝３、及びｚ＝１である。プロセッサコンポーネント１１２は、所与の項のそれぞれの行において複数のサンプルＳ_ｎを加算及び減算することによって所与の項を計算する。プロセッサコンポーネント１１２は、所与の項及びサンプルについて、行／列の対で指定された符号に応じてサンプルを加算又は減算する。符号がサンプルについて記載されていない場合、所与の項について、サンプルは使用されない。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、＋Ｓ_０−Ｓ_４としてＱ_０を、＋Ｓ_２−Ｓ_６としてＱ_２を、＋Ｓ_０−Ｓ_２＋Ｓ_４−Ｓ_６としてＩ_０を計算する。

図４を参照すると、プロット４０２は、干渉パルス１３０の１６のサンプルについての直交項Ｑ_j及び同相項Ｉ_ｋのための計算のセットを示す図を含む。１６のサンプルがとられる場合、ｘ＝１５、ｙ＝７、及びｚ＝３である。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、＋Ｓ_０−Ｓ_８としてＱ_０を、＋Ｓ_２−Ｓ_９としてＱ_１を、＋Ｓ_０−Ｓ_４＋Ｓ_８−Ｓ_１２としてＩ_０を計算する。図３及び図４を考えると、１つの例における＋符号及び−符号のパターンは、それぞれ、直交項Ｑ_ｊ及び同相項Ｉ_ｋについて見ることができる。たとえば、同じパターンは、異なる数のサンプルを有する複数のサンプルについて直交項の集合Ｑ_ｊ及び同相項の集合Ｉ_ｋを計算するのに使用することができる。

図５〜図１４を参照すると、プロット５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、及び１４０２は、４次ベッセルローパスフィルタを備えるフィルタコンポーネント１１１の例示的な特性、及び図１の装置による位相角φの計算の例示的な精度プロットを示す。プロット５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、及び１４０２は、ＭａｔｈＣＡＤ（Mathsoft Enginnering ＆ Education, Inc., Cambridge, MA 02142, http://www.mathcad. com）を使用して生成された。プロット５０２は、例示的な４次ベッセルローパスフィルタの振幅応答Ｓ_ｂ（ｆ）を示す。プロット６０２は、図４の例示的なフィルタコンポーネント１１１のインパルス応答ｂ（ｔ）を示す。プロット７０２は、図４のフィルタコンポーネント１１１への例示的な入力信号ｅｎｖ（ｔ）及びフィルタコンポーネント１１１からのそれぞれの出力信号ＥＮＶ（ｔ）を示す。プロット８０２は、プロット７０２の出力信号ＥＮＶ（ｔ）の拡大図を示す。プロット９０２は、プロット７０２の出力信号ＥＮＶ（ｔ）と共に、例示的な位相生成搬送波１１４の例示的なフィルタリングされた信号Ｓ（ｔ）を示す。プロット１００２は、復調位相オフセットβの関数としての、例示的な比Ｒ_ｓを示す。プロット１１０２は、変調深さＭの関数としてプロット１００２の比Ｒ_ｓを示す。プロット１２０２は、復調位相オフセットβの関数として、例示的な直交項Ｑ_０のピーク値及び例示的な同相項Ｉ_１のピーク値を示す。プロット１３０２は、復調位相オフセットβの関数として、位相角φの計算の例示的な精度Δφを示す。プロット１４０２は、位相角φの関数としての位相角φの計算の例示的な精度Δφを示す。

図５を参照すると、プロット５０２は、フィルタコンポーネント１１１についての例示的な振幅応答Ｓ_Ｂ（ｆ）を含む。４次ベッセルローパスフィルタを備えるフィルタコンポーネント１１１の複素周波数応答Ｂ（ｆ）は、次の式に等しい。

フィルタコンポーネント１１１の３デシベルロールオフは、２．１１４ｆ_０に等しい。

図６を参照すると、プロット６０２は、フィルタコンポーネント１１１のインパルス応答ｂ（ｔ）を含む。インパルス応答ｂ（ｔ）は、フィルタコンポーネント１１１の周波数応答Ｂ（ｆ）のフーリエ変換に等しい。インパルス応答ｂ（ｔ）は、次の式に等しい。

プロット６０２は、実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））、及びインパルス応答ｂ（ｔ）の１０００で乗算された虚数部Ｉｍ（ｂ（ｔ））を含む。プロット６０２はさらに、実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））の後縁上のリップルを強調するために、複数の１０倍の実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））を含む。虚数部Ｉｍ（ｂ（ｔ））はゼロに等しいため、インパルス関数ｂ（ｔ）は実数である。

図７を参照すると、プロット７０２は、フィルタコンポーネント１１１に対する例示的な入力信号ｅｎｖ（ｔ）を含む。たとえば、入力信号ｅｎｖ（ｔ）は、出力信号１３０を表す、光検出器１１０からの電気信号を表す。１つの例における出力信号１３０は、１ナノ秒の立上がり時間及び立下り時間を有する、幅９０ナノ秒の上部が平坦なパルスである。入力信号ｅｎｖ（ｔ）は、以下のスーパガウシアン（super-gaussian）包絡線関数によって近似される。

フィルタコンポーネント１１１は、入力信号ｅｎｖ（ｔ）のインパルス関数ｂ（ｔ）による畳み込みＥＮＶ（ｔ）を含むフィルタリングされた信号を作成する。ＥＮＶ（ｔ）の計算を高速化するために、インパルス関数ｂｆｉｔ（ｔ）を使用して、インパルス関数ｂ（ｔ）を近似する。畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、次の式のようになる。

畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、前縁及び後縁におけるリップルを含む。

図８を参照すると、プロット８０２は、プロット７０２の畳み込みＥＮＶ（ｔ）の前縁及び後縁におけるリップルの強調を含む。見られるように、畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、およそ３０ナノ秒〜９０ナノ秒において平坦ゾーンを有する。プロセッサコンポーネント１１２は、平坦ゾーン内から複数のサンプルＳ_ｎを採取する。

図９を参照すると、プロット９０２は、畳み込みＥＮＶ（ｔ）と共に位相生成搬送波１１４のフィルタリングされた出力Ｓ（ｔ）を含む。位相生成搬送波１１４は、位相変調器１０６によって作成され、ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）は次の式によって表される。

ここで、Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルである。たとえば、Ａ＝１．２、Ｂ＝１．０、及びＭ＝１．５である。βの値は、任意であるが、図９では、１．０ラジアンに等しい。位相生成搬送波１１４は、入力信号ｅｎｖ（ｔ）上に重ね合わされる。フィルタリングされた出力Ｓ（ｔ）は、インパルス関数ｂｆｉｔ（ｔ）による入力信号ｅｎｖ（ｔ）とｓ（ｔ）との積の畳み込みに等しい。すなわち、次のようになる。

φの２つの値を使用して、フィルタリングされた出力Ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）の直交成分及び同相成分が示される。たとえば、同相成分についてφは０に等しく、直交成分についてφはπ／２に等しい。同相項成分は、２５ナノ秒の周期を有する４０ＭＨｚの第２高調波周波数を有する。直交成分は、５０ナノ秒の周期を有する２０ＭＨｚの基本周波数を有する。プロセッサコンポーネント１１２は、５０ナノ秒の周期にわたって、且つ、畳み込みＥＮＶ（ｔ）の平坦ゾーン内で、複数のサンプルＳ_ｎを取得する。たとえば、ｘ＝７である場合、プロセッサコンポーネント１１２は、６．２５ナノ秒間隔で８つのサンプルを採取する。８つのサンプルの第１サンプルと最後のサンプルは、４３．７５ナノ秒離れている。プロセッサコンポーネント１１２は、平坦ゾーン内で複数のサンプルＳ_ｎを取得するために、２９ナノ秒〜４５ナノ秒において第１サンプルを採取する。

図１０を参照すると、プロット１００２は、変調深さＭ＝１．５である、復調位相オフセットβの関数として比Ｒ_ｓを含む。比Ｒ_ｓは、次の式に等しい。

変調深さＭ＝１．５について、定数Ｃ_１はほぼ１．９４４に等しい。比Ｒ_ｓは、Ｑ_ｓとＩ_ｓがピーク値にあるときに計算される。Ｑ_ｓのピーク値は、φ＝π／２においてである。Ｉ_ｓのピーク値は、φ＝０においてである。図１０は、Ｍ＝１．５で、且つ、βが−π〜＋πであるＲ_ｓを示す。Ｒ_ｓについて、１の比からの変動は、約±０．１％である。

図１１を参照すると、プロット１１０２は、復調位相オフセットβの２つの値について、変調深さＭの関数としての比Ｒ_ｓを含む。図１１は、Ｍの所与の値についてのβの変化が、比Ｒ_ｓをそれほど変えないことを示す。

図１２を参照すると、プロット１２０２は、復調位相オフセットβの関数として、直交項Ｑ_０のピーク値及び同相項Ｉ_１のピーク値を含む。プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑ_ｊのうちの１つの直交項、たとえば、Ｑ_０を使用することによって、直交項Ｑの符号を計算する。直交項Ｑ_０は、位相角φの正弦に比例する。プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉ_ｋのうちの１つの同位相項、たとえば、Ｉ_１を使用することによって、同相項Ｉの符号を計算する。同相項Ｉ_１は、位相角φの余弦に比例する。φ＝π／２であるＱ_０についてのピーク値と、φ＝０であるＩ_１についてのピーク値が、図１２において、位相オフセットβの関数としてプロットされる。Ｑ_０の符号及びＩ_１の符号が変わらない、幅π／２のβにおける４つのゾーンは、Ｉ_１が０を交差する場合に指定される。プロセッサコンポーネント１１２は、Ｑ_０及びＩ_１について、βの値に基づいてＱの符号及びＩの符号を計算する。たとえば、βが約１．１〜２．６である場合、Ｑ_０とＩ_１は共に正であるため、Ｑ＝＋Ｑ_ｓ及びＩ＝＋Ｉ_ｓである。

図１３を参照すると、プロット１３０２は、変調深さＭの種々の値について、復調位相オフセットβの関数として位相角φの計算の誤差Δφ（Ｍ,β,φ）を含む。誤差Δφ（Ｍ,β,φ）は、次のようになる。

測定された出力位相角アークタンジェント（Ｑ／Ｉ）が、入力位相角φに等しい場合、誤差Δφは０に等しく、計算の精度が最大になる。図１３は、φ＝１である場合、Ｍ＝１．４８、Ｍ＝１．５０、及びＭ＝１．５２についてのΔφ（Ｍ、β、φ）のプロットを示す。精度Δφは、Ｍ＝１．５０である場合、１．１〜２．６ラジアンであるβについて±１ミリラジアン以内である。Ｍ＝１．４８である場合、精度Δφは約７ミリラジアンである。Ｍが１．５０から２０ミリラジアンだけ逸脱する。たとえば、Ｍ＝１．５２又はＭ＝１．４８である場合、精度Δφは約７ミリラジアンである。

図１４を参照すると、プロット１４０２は、変調深さＭ＝１．５であり、且つ、復調位相オフセットβの３つの値が１．１〜２．６のゾーン内にある場合の、位相角φを関数とする誤差Δφ（Ｍ、β、φ）を含む。β＝１．２、１．７、及び２．４である場合、精度Δφ（Ｍ,β,φ）は、±１．０ミリラジアン以内である。図１３及び図１４を参照すると、復調位相オフセットβの変動は、位相角φの計算の精度Δφ（Ｍ,β,φ）にそれほど影響を与えない。

１つの例における装置１００は、１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体を使用する。装置１００のためのコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体の１つの例は、プロセッサコンポーネント１１２の記録可能なデータ記憶媒体１４４を備える。たとえば、装置１００のためのコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体は、磁気、電気、光、生体、及び原子データ記憶媒体の１つ又は複数を備える。１つの例では、コンピュータ読み取り可能な信号保持媒体は、装置１００を備えるか、又は、装置１００と結合するネットワーク、たとえば、電話ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット、及び無線ネットワークのうちの１つ又は複数を通じて伝送される変調された搬送波信号を含む。

本明細書で述べるステップ又は動作は例示であるに過ぎない。本発明の精神から逸脱することなくこれらステップ又は動作に対して多くの変形が可能である。たとえば、ステップは、異なる順序で実施されてもよく、或いは、ステップは、付加されるか、削除されるか、又は修正されてもよい。

本明細書において、本発明の例示的な実施態様を詳細に示し、且つ説明したが、本発明の精神から逸脱することなく、種々の修正、追加、置換などを行うことができ、したがって、これらは特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内に含まれると考えられることは、当業者に明らかであろう。

１つ又は複数のレーザ、１つ又は複数の光スイッチ、１つ又は複数の位相変調器、１つ又は複数のセンサアレイ、１つ又は複数の光レシーバ、１つ又は複数のフィルタコンポーネント、及び復調位相オフセットと独立に光信号の位相角を計算するための、１つ又は複数のプロセッサコンポーネントを備える装置の１つの例示的な実施態様の図である。 図１の例示的な実施態様についての、１つ又は複数の干渉パルスの例示的なプロット図である。 図１の例示的な実施態様についての、１つの例示的な計算のセットを示す図である。 図１の例示的な実施態様についての、別の例示的な計算のセットを示す図である。 図１の装置の例示的なフィルタコンポーネントとしての、４次ベッセルローパスフィルタの振幅応答の図である。 図５の例示的なフィルタコンポーネントを有する、図１の例示的な実施態様のインパルス応答の図である。 図５のフィルタコンポーネントへの例示的な入力信号及びフィルタコンポーネントからのそれぞれの出力信号の図である。 図７の出力信号の拡大図である。 例示的な位相生成搬送波の図５のフィルタコンポーネントからの例示的なフィルタリングされた信号及び図７の出力信号の図である。 復調位相オフセットの関数としての図５のフィルタコンポーネントの例示的な比Ｒ_ｓの図である。 変調深さの関数としての図５のフィルタコンポーネントの例示的な比Ｒ_ｓの図である。 復調位相オフセットの関数として、図５のフィルタコンポーネントからの例示的な直交項のピーク値及び例示的な同相項のピーク値のプロット図である。 復調位相オフセットの関数としての、図５のフィルタコンポーネントを有する図１の装置による位相角の計算の例示的な精度Δφのプロット図である。 位相角φの関数としての、図５のフィルタコンポーネントを有する図１の装置による位相角の計算の例示的な精度Δφのプロット図である。

Claims (20)

1. 光ファイバセンサアレイからの出力信号の位相角を決定する方法であって、前記光ファイバセンサアレイは位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導し、前記方法は、
   前記光ファイバセンサアレイからの前記出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するステップであって、前記フィルタリングされた信号は周期Ｔ _{ｐｕｌｓｅ} を含み、前記フィルタリングされた信号は
   

   

   によって定義され、
   Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルであり、Ｍは変調深さであり、Ｔ _ｐｇｃ は位相生成搬送波の周期であり、βは復調位相オフセットであり、φは時変位相角である、ステップを含み、
   前記フィルタリングされた信号をサンプリングして周期Ｔ _ｓ 内に複数のサンプルＳ _ｎ を取得するステップであって、ｎ＝０〜ｘであり、ｘ＝７又は１５であり、Ｔ _ｓ がＴ _{ｐｕｌｓｅ} 以下である、ステップと、
   前記複数のサンプルＳ _ｎ の１つ又は複数の使用によって、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するステップであって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと独立である、ステップと、
   前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって、前記位相角φを計算するステップと
   を特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記複数のサンプルＳ_ｎの１つ又は複数の使用によって前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項を計算する前記ステップは、
   前記複数のサンプルＳ_ｎの１つ又は複数の使用によって、直交項の集合Ｑ_ｊ及び同相項の集合Ｉ_ｋを計算するステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、ステップと、
   直交項
   

   

   を計算するステップであって、Ｑ_ｓは、前記復調位相オフセットβと独立である、ステップと、
   同相項
   

   

   を計算するステップであって、Ｉ_ｓは、前記復調位相オフセットβと独立である、ステップと、
   前記直交項Ｑ_ｓの最大の大きさ及び前記同相項Ｉ_ｓの最大の大きさが、前記位相生成搬送波のための動作範囲の変調深さＭについて同じ大きさを含むように定数Ｃ_１を計算するステップと、
   を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法において、ｘ＝７、ｙ＝３、ｚ＝１であり、前記複数のサンプルＳ_ｎの前記１つ又は複数の使用によって前記直交項の集合Ｑ_ｊ及び前記同相項の集合Ｉ_ｋを計算する前記ステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、前記ステップは、
   Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_４を計算するステップと、
   Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_５を計算するステップと、
   Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_６を計算するステップと、
   Ｑ_３＝Ｓ_３−Ｓ_７を計算するステップと、
   Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_４）−（Ｓ_２＋Ｓ_６）を計算するステップと、
   Ｉ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_５）−（Ｓ_３＋Ｓ_７）を計算するステップと、
   を含む方法。
4. 請求項２に記載の方法において、ｘ＝１５、ｙ＝７、ｚ＝３であり、前記複数のサンプルＳ_ｎの前記１つ又は複数の使用によって前記直交項の集合Ｑ_ｊ及び前記同相項の集合Ｉ_ｋを計算する前記ステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、前記ステップは、
   Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_８を計算するステップと、
   Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_９を計算するステップと、
   Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_１０を計算するステップと、
   Ｑ_３＝Ｓ_３−Ｓ_１１を計算するステップと、
   Ｑ_４＝Ｓ_４−Ｓ_１２を計算するステップと、
   Ｑ_５＝Ｓ_５−Ｓ_１３を計算するステップと、
   Ｑ_６＝Ｓ_６−Ｓ_１４を計算するステップと、
   Ｑ_７＝Ｓ_７−Ｓ_１５を計算するステップと、
   Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_８）−（Ｓ_４＋Ｓ_１２）を計算するステップと、
   Ｉ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_９）−（Ｓ_５＋Ｓ_１３）を計算するステップと、
   Ｉ_０＝（Ｓ_２＋Ｓ_１０）−（Ｓ_６＋Ｓ_１４）を計算するステップと、
   Ｉ_１＝（Ｓ_３＋Ｓ_１１）−（Ｓ_７＋Ｓ_１５）を計算するステップと、
   を含む方法。
5. 請求項２に記載の方法において、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算する前記ステップは、
   前記直交項Ｑ_ｓの大きさ及び前記直交項の集合Ｑ_ｊの１つ又は複数の直交項から直交項Ｑを計算するステップと、
   前記同相項Ｉ_ｓの大きさ及び前記同相項の集合Ｉ_ｋの１つ又は複数の同相項から同相項Ｉを計算するステップと、
   量Ｑ／Ｉのアークタンジェントから前記出力信号の前記位相角φを計算するステップと、
   を含む方法。
6. 光信号上の時変位相角φを誘導する光ファイバセンサアレイから出力信号を受信するように構成される装置であって、前記光信号は位相生成搬送波を含み、前記装置は、
   前記光ファイバセンサアレイからの前記出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するように構成されるフィルタコンポーネントであって、前記フィルタリングされた信号は周期Ｔ _{ｐｕｌｓｅ} を含み、前記フィルタリングされた信号は
   

   

   によって定義され、
   Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルであり、Ｍは変調深さであり、Ｔ _ｐｇｃ は位相生成搬送波の周期であり、βは復調位相オフセットであり、φは時変位相角である、フィルタコンポーネントを含み、
   前記フィルタリングされた信号の複数のサンプルＳ _ｎ を取得するように構成され、ｎ＝０〜ｘであり、ｘ＝７又は１５である、プロセッサコンポーネントを特徴とし、
   前記プロセッサコンポーネントは周期Ｔ _ｓ 内に複数のサンプルＳ _ｎ を取得するように構成され、Ｔ _ｓ はＴ _{ｐｕｌｓｅ} 以下であり、
   前記プロセッサコンポーネントは、前記出力信号の前記複数のサンプルＳ _ｎ の１つ又は複数を使用して、前記位相生成搬送波の前記復調位相オフセットβと独立である１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するように構成され、
   前記プロセッサコンポーネントは、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項を使用して、前記位相角φを計算するように構成される装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記１つ又は複数の直交項のうちの前記１つ又は複数は直交項Ｑ_ｓを含み、前記１つ又は複数の同相項のうちの前記１つ又は複数は同相項Ｉ_ｓを含み、
   前記プロセッサコンポーネントは、前記複数のサンプルＳ_ｎ、前記直交項Ｑ_ｓ、及び前記同相項Ｉ_ｓのうちの１つ又は複数を使用して、前記位相角φを計算するように構成される、装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記複数のサンプルＳ_ｎを使用して、ｊ＝０〜ｙでありｋ＝０〜ｚである、直交項の集合Ｑ_ｊ及び同相項の集合Ｉ_ｋを計算するように構成され、
   前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項の集合Ｑ_ｊ及び前記同相項の集合Ｉ_ｋを使用して、前記直交項Ｑ_ｓ及び前記同相項Ｉ_ｓを計算するように構成される、装置。
9. 請求項８に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは定数Ｃ_１を計算するように構成され、前記プロセッサコンポーネントは、次の式
   

   

   を計算するように構成され、
   前記プロセッサコンポーネントは、次の式
   

   

   を計算するように構成され、
   前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項Ｑ_ｓの大きさ及び前記同相項Ｉ_ｓの大きさが、前記位相生成搬送波のための動作範囲の変調深さＭにおいて同じ大きさを含むように前記定数Ｃ_１を計算するように構成される、装置。
10. 請求項９に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項Ｑ_ｓ及び前記直交項の集合Ｑ_ｊを使用して、直交項Ｑを計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、前記同相項Ｉ_ｓ及び前記同相項の集合Ｉ_ｋを使用して、同相項Ｉを計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｑ＝±Ｑ_Ｓ
    を計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｉ＝±Ｉ_Ｓ
    を計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項の集合Ｑ_ｊを使用して、Ｑの符号を決定するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、前記同相項の集合Ｉ_ｋを使用して、Ｉの符号を決定するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    φ＝ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｑ／Ｉ）
    を計算するように構成される、装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、ｘ＝７、ｙ＝３、及びｚ＝１であり、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_４、Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_５、Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_６、及びＱ_３＝Ｓ_３−Ｓ_７
    を計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_４）−（Ｓ_２＋Ｓ_６）、及びＩ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_５）−（Ｓ_３＋Ｓ_７）
    を計算するように構成される、装置。
12. 請求項１０に記載の装置において、ｘ＝１５、ｙ＝７、及びｚ＝３であり、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｑ_０＝Ｓ_０−Ｓ_８、Ｑ_１＝Ｓ_１−Ｓ_９、Ｑ_２＝Ｓ_２−Ｓ_１０、Ｑ_３＝Ｓ_３−Ｓ_１１、Ｑ_４＝Ｓ_４−Ｓ_１２、Ｑ_５＝Ｓ_５−Ｓ_１３、Ｑ_６＝Ｓ_６−Ｓ_１４、及びＱ_７＝Ｓ_７−Ｓ_１５
    を計算するように構成され、
    前記プロセッサコンポーネントは、
    Ｉ_０＝（Ｓ_０＋Ｓ_８）−（Ｓ_４＋Ｓ_１２）、Ｉ_１＝（Ｓ_１＋Ｓ_９）−（Ｓ_５＋Ｓ_１３）、Ｉ_２＝（Ｓ_２＋Ｓ_１０）−（Ｓ_６＋Ｓ_１４）、及びＩ_３＝（Ｓ_３＋Ｓ_１１）−（Ｓ_７＋Ｓ_１５）
    を計算するように構成される、装置。
13. 請求項６に記載の装置において、前記位相生成搬送波の前記周期Ｔ_ｐｇｃは、１／Ｔ_ｐｇｃに等しい周波数ｆ_ｐｇｃを含み、該周波数ｆ_ｐｇｃは約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記位相生成搬送波は、約１．０ラジアン〜１．７ラジアンの変調深さＭを含み、前記フィルタコンポーネントは、約１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚにおいて３ｄＢロールオフ周波数を含む、装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、前記フィルタコンポーネントは４次ベッセルローパスフィルタを備える、装置。
15. 請求項１３に記載の装置において、前記フィルタコンポーネントは４次実数極フィルタを備える、装置。
16. １つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体を備え、
    フィルタコンポーネントを介して且つ光ファイバセンサアレイから受信されるフィルタリングされた信号の位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段であって、前記光ファイバセンサアレイは位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導し、前記フィルタリングされた信号は周期Ｔ _{ｐｕｌｓｅ} を含み、前記フィルタリングされた信号は
    

    

    によって定義され、
    Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルであり、Ｍは変調深さであり、Ｔ _ｐｇｃ は位相生成搬送波の周期であり、βは復調位相オフセットであり、φは時変位相角である、手段を特徴とし、
    前記位相角φを計算するための前記１つ又は複数の媒体内の前記手段は、
    前記フィルタリングされた信号をサンプリングして周期Ｔ _ｓ 内に複数のサンプルＳ _ｎ を取得する手段であって、ｎ＝０〜ｘであり、ｘ＝７又は１５であり、Ｔ _ｓ がＴ _{ｐｕｌｓｅ} 以下である、手段と、
    前記複数のサンプルＳ _ｎ の１つ又は複数の使用によって、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算する手段であって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと独立である、手段と、
    前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって、前記位相角φを計算する手段と
    を備えた装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、前記複数のサンプルＳ _ｎ の１つ又は複数の使用によって１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算する前記手段は、
    前記複数のサンプルＳ _ｎ の１つ又は複数の使用によって、直交項の集合Ｑ _ｊ 及び同相項の集合Ｉ _ｋ を計算する手段であって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、手段と、
    直交項
    

    

    を計算する手段であって、Ｑ _ｓ は、前記復調位相オフセットβと独立である、手段と、
    同相項
    

    

    を計算する手段であって、Ｉ _ｓ は、前記復調位相オフセットβと独立である、手段と、
    前記直交項Ｑ _ｓ の最大の大きさ及び前記同相項Ｉ _ｓ の最大の大きさが、前記位相生成搬送波のための動作範囲の変調深さＭについて同じ大きさを含むように定数Ｃ _１ を計算する手段と
    を含む装置。
18. 請求項１７に記載の装置において、ｘ＝７、ｙ＝３、ｚ＝１であり、前記複数のサンプルＳ _ｎ の前記１つ又は複数の使用によって前記直交項の集合Ｑ _ｊ 及び前記同相項の集合Ｉ _ｋ を計算する前記手段は、
    Ｑ _０ ＝Ｓ _０ −Ｓ _４ を計算する手段と、
    Ｑ _１ ＝Ｓ _１ −Ｓ _５ を計算する手段と、
    Ｑ _２ ＝Ｓ _２ −Ｓ _６ を計算する手段と、
    Ｑ _３ ＝Ｓ _３ −Ｓ _７ を計算する手段と、
    Ｉ _０ ＝（Ｓ _０ ＋Ｓ _４ ）−（Ｓ _２ ＋Ｓ _６ ）を計算する手段と、
    Ｉ _１ ＝（Ｓ _１ ＋Ｓ _５ ）−（Ｓ _３ ＋Ｓ _７ ）を計算する手段と
    を含む装置。
19. 請求項１７に記載の装置において、ｘ＝１５、ｙ＝７、ｚ＝３であり、前記複数のサンプルＳ _ｎ の前記１つ又は複数の使用によって前記直交項の集合Ｑ _ｊ 及び前記同相項の集合Ｉ _ｋ を計算する前記手段であって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、前記手段は、
    Ｑ _０ ＝Ｓ _０ −Ｓ _８ を計算する手段と、
    Ｑ _１ ＝Ｓ _１ −Ｓ _９ を計算する手段と、
    Ｑ _２ ＝Ｓ _２ −Ｓ _１０ を計算する手段と、
    Ｑ _３ ＝Ｓ _３ −Ｓ _１１ を計算する手段と、
    Ｑ _４ ＝Ｓ _４ −Ｓ _１２ を計算する手段と、
    Ｑ _５ ＝Ｓ _５ −Ｓ _１３ を計算する手段と、
    Ｑ _６ ＝Ｓ _６ −Ｓ _１４ を計算する手段と、
    Ｑ _７ ＝Ｓ _７ −Ｓ _１５ を計算する手段と、
    Ｉ _０ ＝（Ｓ _０ ＋Ｓ _８ ）−（Ｓ _４ ＋Ｓ _１２ ）を計算する手段と、
    Ｉ _１ ＝（Ｓ _１ ＋Ｓ _９ ）−（Ｓ _５ ＋Ｓ _１３ ）を計算する手段と、
    Ｉ _０ ＝（Ｓ _２ ＋Ｓ _１０ ）−（Ｓ _６ ＋Ｓ _１４ ）を計算する手段と、
    Ｉ _１ ＝（Ｓ _３ ＋Ｓ _１１ ）−（Ｓ _７ ＋Ｓ _１５ ）を計算する手段と
    を含む装置。
20. 請求項１６に記載の装置において、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算する前記手段は、
    前記直交項Ｑ _ｓ の大きさ及び前記直交項の集合Ｑ _ｊ の１つ又は複数の直交項から直交項Ｑを計算する手段と、
    前記同相項Ｉ _ｓ の大きさ及び前記同相項の集合Ｉ _ｋ の１つ又は複数の同相項から同相項Ｉを計算する手段と、
    量Ｑ／Ｉのアークタンジェントから前記出力信号の前記位相角φを計算する手段と
    を含む装置。

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