JPS5870167A - Angular speed sensor - Google Patents
Angular speed sensorInfo
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- JPS5870167A JPS5870167A JP57117633A JP11763382A JPS5870167A JP S5870167 A JPS5870167 A JP S5870167A JP 57117633 A JP57117633 A JP 57117633A JP 11763382 A JP11763382 A JP 11763382A JP S5870167 A JPS5870167 A JP S5870167A
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- phase
- signal
- bias
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザ角速度センサにディザ−をかける、す
なわちバイアスを、2>−ffることkより、ロックイ
ン浸酸を原因とするジャイロ出力角誤差の累積を減少さ
せる改良した方法に関するものである。この新規表方法
を実施する装置も開示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention reduces the accumulation of gyro output angular errors caused by lock-in angular velocity by dithering, or biasing, a laser angular velocity sensor by 2>-ff. This invention relates to an improved method. Apparatus for implementing this novel table method is also disclosed.
時にはリング・レーず・ジャイード呼ばれる簡単なレー
ザ角速度センナにおいては、回転速度を検出すべき中心
を成す入力軸を定める閉ループ路に#1埋沿って互いに
逆向きに進ませるために2つの単色光ビームが発住され
る。入力軸を中心としてリング・レーザ・ジャイロが回
転すると、一方のビームが進む実効レープ路の長さが長
くされ、他方のビームが進む実効レーず路が短くされる
。In a simple laser angular velocity sensor, sometimes referred to as a Ring-Lazer-Jade, two monochromatic light beams are directed in opposite directions along a closed-loop path that defines the central input axis at which the rotational speed is to be detected. will be issued. As the ring laser gyro rotates about the input axis, the length of the effective leop path traveled by one beam is lengthened and the effective lep path length traveled by the other beam is shortened.
その結果として2つのビームの経路の長さが変化と
すiビームの振動数が変化させられ、一方が高くなシ、
他方が低くなる。その理由は、レーザ・ビームの振動数
はレープ経路の長さに依存するからである。2つの6波
の振動数、したがって2つの波の振動数の差は閉ループ
路の回転の関数であシ、2つの波の回転の関数である位
相関係が2つの波の間に定められる。As a result, the path lengths of the two beams are changed and the frequency of the i-beam is changed, with one being
the other becomes lower. The reason is that the frequency of the laser beam depends on the length of the rapping path. The frequency of the two six waves, and thus the difference in the frequency of the two waves, is a function of the rotation of the closed loop path, and a phase relationship is defined between the two waves that is a function of the rotation of the two waves.
2つのビームの振動#!Iが異なるとそれらのビームの
間の位相φがその振動数の差に比例する率で変イビする
。2つのビームの間の全位相変化Δφは振動数差の時間
積分に比例し、かつジャイロの入力軸を中心とする入力
回転速度の時間積分に比例する。したがって、ある時間
にわたる全位相変化量は積分時間中の入力軸を中心とす
る全角!Il変位を示し、2つの波の間の位相の変化率
dψ/diはジャイロの入力軸を中心とする回転速度を
示す。Vibration of two beams #! When I differs, the phase φ between the beams changes at a rate proportional to the difference in their frequencies. The total phase change Δφ between the two beams is proportional to the time integral of the frequency difference and proportional to the time integral of the input rotational speed about the input axis of the gyro. Therefore, the total phase change over a certain time is the full angle around the input axis during the integration time! Il indicates the displacement, and the phase change rate dψ/di between the two waves indicates the rotational speed about the input axis of the gyro.
しかし、低回転速度では2つのビームの振動数差は小店
く、2つのビームはただ1つの振動数で振動するように
互いに共振すなわち「ロックイン」しようとする。した
がって、簡単なレーザ・ジャイロにおいては低回転速度
では振動数差は零であるから低回転速度を測定すること
は不可能となる。However, at low rotational speeds, the frequency difference between the two beams is small and the two beams tend to resonate or "lock in" to each other so that they vibrate at only one frequency. Therefore, in a simple laser gyro, the frequency difference is zero at low rotational speeds, making it impossible to measure low rotational speeds.
それ以下では2つのビームの開の振動数差が零となるよ
うな回転速度は一般k「ロックイン速度」と呼ばれてい
る。ジャイロがロックイン速度以下で回転しておシ、か
つビームがロックインされている時は、ジャイロの出力
角度誤差は零となる。The rotational speed below which the difference in frequency between the openings of the two beams becomes zero is generally called the "lock-in speed." When the gyro rotates below the lock-in speed and the beam is locked in, the gyro's output angle error is zero.
もちろん、低回転速度を正確に測定できないと航行装置
におけるレーザ角速度センサの有効性が低下する仁とK
なる。したがって、レーザ角速度センナを航行装置で一
層効果的に使用できるように、レーザ角速度センサの分
野KsjPいては「ロックイン」の影響を小さくするか
、なくす仁とを目的として多くの開発研究が行われてい
る。Of course, the inability to accurately measure low rotational speeds reduces the effectiveness of laser angular velocity sensors in navigation equipment.
Become. Therefore, in order to use laser angular velocity sensors more effectively in navigation equipment, much research and development has been conducted in the field of laser angular velocity sensors with the aim of reducing or eliminating the effects of "lock-in." ing.
「四ツクイン」の影響を小さくするか、なくすための1
つ、の技術が本願出願人の所有する米11411許第3
373650号に開示されている。その米国特許に開示
されているのは、互いに逆向きに進む2つの光ビームに
振動数バイアスを導入するためO要素が設けられている
レーザ角速度センサである。1. To reduce or eliminate the influence of “Four-Queen”
U.S. Patent No. 11411 No. 3, the technology of which is owned by the applicant
No. 373,650. Disclosed in that patent is a laser angular rate sensor in which an O element is provided to introduce a frequency bias into two light beams traveling in opposite directions.
与えられる振動数バイアスは、「ロックイン」直前に生
ずる振動数差よ〕大き碌振動数差を、互いに逆向きに進
む2つの光ビームの間に大部分の時間にわたって存在さ
せるようなものである。更k。The applied frequency bias is such that a large frequency difference (like that which occurs just before "lock-in") exists between two beams of light traveling in opposite directions for most of the time. . Sarak.
導入される振動数差の符号すなわち極性紘、周期的に反
転するバイアスの完全な1サイクルの後で2つの光バイ
アスの間の時間積分された振動数差が#1は零であるよ
うに1周期的に反転させられる。The sign or polarity of the frequency difference introduced is 1 such that after one complete cycle of periodically reversing bias, the time-integrated frequency difference between the two optical biases #1 is zero. be periodically reversed.
バイアスの符号すなわち向きが反転する時刻の附近では
、振動数差がpツクイン速度から零までの範囲にわたる
から、「ロックインコされる傾向にある。バイアスが「
ロックイン」されている時間は非常忙短いから、その結
果としてジャイロ出力角−差が累積される可能性は大幅
に減少する。しかし、それでもジャイロ出力角信号中に
誤差が累積し、やがてはその誤差は面倒なレベルに達す
る。Near the time when the sign or direction of the bias reverses, the frequency difference ranges from the p-in velocity to zero, so there is a tendency for the bias to become "locked in."
The period of "lock-in" is very short, and as a result the possibility of gyro output angle differences being accumulated is greatly reduced. However, errors still accumulate in the gyro output angle signal and eventually reach a troublesome level.
これは航行装置においてとくKそうである。This is especially true in navigation equipment.
前記米国特許に示されているバイアス装置の改良が本願
出願人の有する米国特許第3467472号に開示され
ている。この米国特許には、前記米国特許第33636
50 号に示されているバイアスを周期的に変化させる
ことに加えて、バイアスの反1が起る時刻附近で住する
小さなジャイロ出力角度誤差がランダム化されて平均累
積誤差が小さくなるように1バイアスをランダム化して
与えるバイアス装置が開示されている。この改良は十分
なものではあるが慣性航行装置にレーザ角速度センサを
広く応用させるためにはロックイン誤差を一層小さくす
ることが求められる。An improvement to the biasing device shown in the aforementioned US patent is disclosed in commonly assigned US Pat. No. 3,467,472. This U.S. patent includes the aforementioned U.S. Pat.
In addition to periodically varying the bias as shown in No. 50, the small gyro output angle errors that live around the time when the bias reverses to 1 are randomized so that the average cumulative error becomes smaller. A bias device is disclosed that provides randomized bias. Although this improvement is sufficient, it is necessary to further reduce the lock-in error in order to widely apply laser angular velocity sensors to inertial navigation systems.
本発明は、ロック′インの影響を大幅に小さくするよう
に、レーザ角速度センサ用のディザ−装置すなわちバイ
アスを加える製電を提供するものである。この改良され
たバイアスを加えゐ装置fKよシ導入される振動数バイ
アスが費えられ、互いに逆向きに進む2つの光ビームの
振動数と、それらのビーム間の位相とが所定のやシ方で
作用を受けて、少くとも2つの引き続くバイアス期間す
なわちディザ−・サイクルの間に累積された誤差をほぼ
零に近づけるものである。振動数バイアスの振幅を費え
る技術はランダム会バイアスの原理を用いるか否かにか
かわらず実施できる。The present invention provides a dithering or biasing system for a laser angular velocity sensor to significantly reduce the effects of lock-in. The frequency bias introduced by this improved biasing device fK is used to adjust the frequencies of the two light beams traveling in opposite directions and the phase between them to a predetermined angle. , the error accumulated during at least two successive bias periods or dither cycles approaches zero. Techniques that exploit the amplitude of frequency biases can be implemented with or without using the random-match bias principle.
レーザ・ジャイロ・アセンブリはほぼ単一振動数の2つ
の電礎エネルギー波、ここでは光ビームと呼ぶ、を与え
るレーザ発生媒体と、閉ループ路すなわち囲まねた領域
を形成する複数の反射鏡とで構成される。その囲まれた
領域に垂直な軸は一般にジャイロ入力軸として定義され
る。2本の光ビームは閉ループ路に沿って互いに逆の向
きに過む。すなわち、それらのビームは逆向きのビーム
である。互いに逆向きに進む2つの光ビームの間の振動
数差をモニタするために読出し装fjIが設けられる。A laser gyro assembly consists of a lasing medium that provides two electrical energy waves of approximately single frequency, here referred to as optical beams, and a plurality of reflectors that form a closed loop path or enclosed region. be done. The axis perpendicular to the enclosed area is generally defined as the gyro input axis. The two light beams travel in opposite directions along a closed loop path. That is, the beams are in opposite directions. A readout device fjI is provided to monitor the frequency difference between the two light beams traveling in opposite directions.
その請出し装置は、互いに逆向きに進む2つの弊ビーム
のルIの瞬時位相を検出し、ジャイロ入力軸を中心とす
る閉ループ路の対応する時計回シと逆時計回シの慣性回
転を区別するためK。The extraction device detects the instantaneous phase of the two beams traveling in opposite directions, and distinguishes between the corresponding clockwise and counterclockwise inertial rotations of the closed loop path centered on the gyro input axis. K to do.
2つの検出器を用いて正と負の位相変化を峻別するもの
である。2つのビームの間の位相の変化率は回転速度を
かすが、その零速度はaツクインまたは零回転速度を示
すものであることに注意されたい。Two detectors are used to distinguish between positive and negative phase changes. Note that the rate of change of phase between the two beams scales the rotational speed, but the zero speed is indicative of a twin or zero rotational speed.
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
舘1図は米国特許第3373650号と第346747
2号に示されている周知の典型的なリング・レーザ・ジ
ャイロ100を示すものである。レーザ発生媒体10が
ほぼ単−振動数の互いに逆向きに進む2本のビーム11
.12を生ずる。それらのビームは反射913,14.
15で形成された三角形状の閉ループ路に沿って進む。Figure 1 is based on U.S. Patent Nos. 3373650 and 346747.
2 shows a typical well-known ring laser gyro 100 shown in No. 2. The laser generating medium 10 has two beams 11 which travel in opposite directions to each other and have a substantially simple frequency.
.. yields 12. Those beams are reflected 913, 14 .
Proceed along the triangular closed loop path formed by 15.
この閉ループ路は直交基準軸、ここではジャイロ入力軸
と呼ぶ、26を囲んでいる様子が示されている。This closed loop path is shown surrounding an orthogonal reference axis, herein referred to as the gyro input axis, 26.
閉ループ路はいくつかの方法で作ることができる。たと
えば、反射鏡13は希望によってU球面913’にでき
る。この凹面鏡によシ光路の位置合わせな行うことがで
きる。平面鏡である反射鏡140位置はトランスデユー
t14ムによシ制御できる。レーザ′発振を最適に行わ
せるために、互いに逆向きに進む2つの光ビームの光路
長を制御するように反射fa14を位置させることがで
きる。Closed loop paths can be created in several ways. For example, the reflector 13 can be a U-spherical surface 913' if desired. This concave mirror allows alignment of the optical path. The position of the reflecting mirror 140, which is a plane mirror, can be controlled by the transducer t14. In order to optimally perform laser oscillation, the reflection fa 14 can be positioned to control the optical path lengths of the two light beams traveling in opposite directions.
そのトランスデユーサは本願出願人の所有する米国特許
第3581227号に開示されている。また、光路長制
御装置は本願出願人の所有すゐ米国特許第415297
1号に開示されている。Such a transducer is disclosed in commonly owned US Pat. No. 3,581,227. Additionally, the optical path length control device is disclosed in U.S. Patent No. 415297 owned by the applicant.
It is disclosed in No. 1.
反射鏡1sと、組合せプリズム21と、検出器22との
組合せによシレーザジャイロ読出し器が構成される。反
射鏡15は半透明平面鏡として示されてい漬。したがっ
て、光ビーム11,12のエネルギーの一部はその反射
鏡15を透過できる。The combination of the reflecting mirror 1s, the combined prism 21, and the detector 22 constitutes a laser gyro reader. Reflector 15 is shown as a semi-transparent plane mirror. Therefore, part of the energy of the light beams 11, 12 can be transmitted through the mirror 15.
反射鏡15を透過したビーム11i2のエネルギ一部分
は組合せプリズム21に入射して、その組合せプリズム
21からの出力光ビーム11’、 12’が互いに直交
させられる。A portion of the energy of the beam 11i2 transmitted through the reflecting mirror 15 is incident on the combination prism 21, and the output light beams 11' and 12' from the combination prism 21 are made orthogonal to each other.
それらの光ビーム11/ 、 12’は互いに逆向きに
進む2つの光ビーム11.12の振動数と位相に独特に
関連させられる。それらの光ビーム11′。These light beams 11/, 12' are uniquely related to the frequency and phase of the two light beams 11, 12 traveling in opposite directions. Their light beams 11'.
12′は検出器22で重畳させられて、明暗の帯が交互
IK、並んで構成された干渉しまパターンを生ずる。そ
の干渉じまは互いに逆向きに進む2つの光ビームの間の
瞬時位相関係のふるまいを示すものである。互いに逆向
きに進む2つの光ビームの振動数が同じてあれば互いに
逆向きに進む2つの光ビームの間の瞬時位相は一定であ
シ、干渉しオパターンは一定である。しかし、互いに逆
向きに進む2つの光ビームの振動#1が異なると、それ
らのビームの瞬時位相関係は時間とともに変化し、2つ
のビームのうちのいずれの振動数が高いかに応じて、干
渉しまパターンは右または左を動くように見える。した
がって、2つの光ビームの間の瞬時位相関係をモニタす
るととKよシ、入力軸26を中心とする回転運動の大き
さと向きを決定できる。その運動の向きけ位相変化の向
き、すなわち、どのビームの振動数が高いかKよル決定
され、回転の角度、すなわち、ある基準位置からの閉ル
ープ路の角変位、はしまの数O変化と、検出器の固定基
準マークを通るその部分によn1llJ定される。12' are superimposed by a detector 22 to produce an interference stripe pattern consisting of alternating bright and dark bands IK, side by side. The interference fringes indicate the behavior of the instantaneous phase relationship between two light beams traveling in opposite directions. If two light beams traveling in opposite directions have the same frequency, the instantaneous phase between the two light beams traveling in opposite directions will be constant, and the interference pattern will be constant. However, if two light beams traveling in opposite directions have different vibration #1, the instantaneous phase relationship of those beams will change over time, and interference will occur depending on which of the two beams has a higher frequency. The pattern appears to move to the right or left. Therefore, by monitoring the instantaneous phase relationship between the two light beams, the magnitude and direction of the rotational movement about the input axis 26 can be determined. The direction of the motion, the direction of the phase change, that is, which beam has the higher frequency, is determined by K, and the angle of rotation, that is, the angular displacement of the closed loop path from a certain reference position, and the change in the number of fringes. , n1llJ is defined by that portion passing through the fixed reference mark of the detector.
干渉しオの完全な各変化(すなわち、最高輝度から最低
輝度、最低輝度から最高輝度まで)は2つの光ビームの
間の2zラジアンの位相変化を表す。Each complete change in interference (ie, maximum brightness to minimum brightness, minimum brightness to maximum brightness) represents a phase change of 2z radians between the two light beams.
干渉じオの動きの変化率はレーザージャイロ入力軸26
を中心とする回転速度を示す。The rate of change in the movement of the interference field is determined by the laser gyro input shaft 26.
Indicates the rotation speed around .
2つのレーザービームのレーザ・ジャイ■位相を検出す
る装置の一例が第4a図に示畜れてhる。An example of an apparatus for detecting the laser beam phase of two laser beams is shown in FIG. 4a.
この装置は組合せプリズム21の出力側に、干渉しまの
間隔の約4分のl(λ/4)たけ隔てて配置きれる2つ
の検出器22ae22bよ構成る。この装置の物理的寸
法はその装置にお岐る光学的関係に依存する。検出器2
2m、22bは干渉しまパターンの強さを示す出力信号
を発生する光検出器で構成できる。検出器22a、22
1+を干渉じオの間隔の約4分の1だけ隔てることによ
)干渉しまの運動の向きと大きさをモニタできる様な位
相の光検出器のめ力か得られる。ジャイロが時計回ルに
回転させられると、干渉しまパターンFi1つの向きに
動き、ジャイロが逆時計回シに回転させられると、干渉
しオパターンは逆の向きに動く。一方の検出器を通る干
渉じまの動き(明から暗)から生ずる輝度の最高と最低
の数を数えるととKよ〕回転速度は決定され、検出器2
2a*22bKよ)与えられる2つの輝透信号の向きの
変化を比較するととKよシ回転の向きが決定される。各
検出器によ〕検出された輝度の値は互いに逆向きに進む
2つの光ビームの間の瞬時位相を示す。後で説明するよ
うに、各党ビームは異なるオフセット角度βだ妙オフセ
ットされる。This device consists of two detectors 22ae22b arranged on the output side of the combined prism 21 and spaced apart by about 1/4 (λ/4) of the interference stripe spacing. The physical dimensions of the device depend on the optical relationships involved in the device. Detector 2
2m and 22b can be constituted by a photodetector that generates an output signal indicating the strength of the interference stripe pattern. Detectors 22a, 22
By separating the interference stripes by about one fourth of the spacing of the interference stripes, a phase of the photodetector can be obtained such that the direction and magnitude of the motion of the interference stripes can be monitored. When the gyro is rotated clockwise, the interference stripe pattern Fi moves in one direction, and when the gyro is rotated counterclockwise, the interference stripe pattern Fi moves in the opposite direction. By counting the number of maximum and minimum brightnesses resulting from the movement of the interference fringes (from bright to dark) through one detector, the rotation speed is determined, and the rotation speed of the detector 2 is determined.
By comparing the changes in the directions of the two bright transmission signals given (2a*22bK), the direction of rotation by K is determined. The brightness value detected by each detector indicates the instantaneous phase between the two light beams traveling in opposite directions. As explained later, each party beam is offset by a different offset angle β.
各時刻ごとに各検出器は、第11図に示畜れているよう
に1異なる輝度に応答する。各検出器の出力は、パター
ンの輝度と瞬時位相ψに対する検出器の空間的な場所に
依存するあるオフセット位相定数βだゆオフセットされ
てiる、ビームの間の位相φに直接関連する。第1&図
に示されていゐ冥施例では、βの値はπ/2ラジアンで
ある。検出器が完全に位置させられてiるならd、その
βの値はλ/4 K一致する。以下の説明ては、の値は
φを含んでいる表現によシ示される。At each time each detector responds to a different brightness as shown in FIG. The output of each detector is directly related to the phase φ between the beams offset i by some offset phase constant β that depends on the spatial location of the detector relative to the brightness of the pattern and the instantaneous phase φ. In the example shown in Figures 1 and 2, the value of β is π/2 radians. If the detector is perfectly positioned id, its value of β will match λ/4K. In the following discussion, the value of is indicated by an expression containing φ.
再び81図を参照して、検出器22ay22bO出力は
、十れらの検出器の出力を処理して角回転、大きさ、向
きおよび角変位を決定するための周知の信号処理回路2
4へ与えられる。この信号処理回路24の一例が本願出
願人が所有する米国特許第3373650号と第362
7425号に示されている。各検出器の出力は増幅され
てから相対的なプラス・カウントとマイナス・カウント
をモニタするデジタル−カクンタをトリがするために用
いられる。各カウントは入力端26を中心として閉ルー
プ路に沿って互いに逆向きに進む2つの光ビームの2に
ラジアンの位相変化を表す。各カウントと、角速度セン
サの角変位との関係は入力速度とバイアス振動数差との
間のセンサの関係(すなわち、スケール・7アクタ)忙
依存する。たとえば、】度/時(fi球の回転速度の1
/15)慣性入力回転速度の関係を有するレーザ・ジャ
イロを作ることが可能である。このレーザ・ジャイロに
よシレーザ・ジャイロ空胴内での2つの光ビームの間の
振動数差がIHz lfcされる。1時間轟シ1度とい
うのは正確に時間の1秒邑シ1円弧秒である。したがっ
て、1秒間ごとに1円弧秒の慣性角度が発生され、2つ
のビームの間に2にラジアンの位相変化が生ずることに
なる。その理由は、1秒の積分時間にわたる抛動数差I
H,の時間積分が2πラジアンだからである。そうする
と各カウントは1円弧秒の重みを持つととKなシ、入力
軸を中心としてセンサが360度回転すなわち1回転す
ると1296000カクントの出力が生ずるととKなる
。Referring again to Figure 81, the outputs of the detectors 22ay22bO are processed by a well-known signal processing circuit 2 for processing the outputs of the detectors to determine angular rotation, magnitude, orientation, and angular displacement.
given to 4. An example of this signal processing circuit 24 is disclosed in U.S. Pat. No. 3,373,650 and U.S. Pat.
No. 7425. The output of each detector is amplified and then used to trigger a digital detector that monitors relative positive and negative counts. Each count represents a 2 radian phase change of the two light beams traveling in opposite directions along a closed loop path about the input end 26. The relationship between each count and the angular displacement of the angular velocity sensor depends on the sensor's relationship between the input velocity and the bias frequency difference (ie, the scale 7 actor). For example, ] degrees/hour (1 of the rotational speed of the fi sphere)
/15) It is possible to make a laser gyro with an inertial input rotation speed relationship. This laser gyro converts the frequency difference between the two light beams within the laser gyro cavity into IHz lfc. One hour and one degree is exactly one arc second of time. Therefore, one arc second of inertia angle is generated every second, resulting in a phase change of 2 radians between the two beams. The reason is that the parasitic number difference I over an integration time of 1 second
This is because the time integral of H is 2π radians. Then, each count has a weight of 1 arc second, and K. If the sensor rotates 360 degrees about the input axis, that is, one rotation, an output of 1296,000 kakunts is generated.
ある1つの向きの回転ではそれらのカウントすなわちパ
ルスを正と定め、逆向きの回転ではそれらのパルスを食
と定める。(論理はデジタル増分角度エンコーダで用い
られる論理に@似する0)典型的にけ、第1図に示され
ている閉ループ路は、ジャイロの入力軸26を中心とす
る回転を測定する丸めに、支持要素25によシ支持され
る。検出器22も支持要素25によシ支持されているよ
うに示されているが、検出器22は支持要素2Sの外部
に設ける仁とができる。鮪1図ではレーザ発生媒体が互
いに逆向きに過む2つの光ビームの光路中にあるように
示されているが、本発明はそのような構造Ka定される
ものではなi0ビームが閉ループ路内で共振するように
、レーザ発生媒体は支持要素2!!にょ)支持されてい
る閉ループ路に沿って互いに逆向きに達む2つの光ビー
ムを発生する九めKfe妙求められる。A rotation in one direction defines those counts or pulses as positive, and a rotation in the opposite direction defines those pulses as eclipses. (The logic is similar to the logic used in digital incremental angle encoders.) Typically, the closed loop path shown in FIG. It is supported by a support element 25. Although detector 22 is also shown as being supported by support element 25, detector 22 can also be mounted externally to support element 2S. In Figure 1, the laser generating medium is shown to be in the optical path of two light beams passing in opposite directions, but the present invention is not limited to such a structure. The lasing medium is resonant within the support element 2! ! 9) It is desired to generate two beams of light that extend in opposite directions along a supported closed-loop path.
次に%第1図に示すレーず角速度センサの動作を許しく
説明する。入力軸26を中心とする一転が存在しない時
は、光ビーム11.12の振動数は等しく、光ビーム1
1’12’によシ検出1922上に作られるしオパター
ンは一定のttである。Next, the operation of the laser angular velocity sensor shown in FIG. 1 will be explained in detail. When there is no rotation about the input axis 26, the frequencies of the light beams 11 and 12 are equal and the light beam 1
The pattern created on the detection 1922 by 1'12' is a constant tt.
慣性台25が1m126を中心として回転すると、回転
の向きに応じて一方の光ビームの振動数が高くなシ、他
方の光ビームの振動数が低くなる。それに対応して、ビ
ーム11’ 、 12’によシ作られた検出器22上の
しj ハターンは2つのビーム11゜12の振動数の差
に比例する速さで動く。いずれかの検出器22a*22
bKよシ測定される輝度は互いに逆向きに進むビーム1
1と12の間の位相を示す。その位相の変化率は回転を
示すもので、数学的には次の(1)式で示すことができ
る・ここに1φ=2つの光ビームの間の瞬時位相8=ジ
ヤイロのスケール・ファクタ
町;ジャイロの入力回転速度
ω、=ジャイロのロックイン速度
である。When the inertial table 25 rotates about 1 m 126, the frequency of one light beam becomes high and the frequency of the other light beam becomes low depending on the direction of rotation. Correspondingly, the waveform on the detector 22 created by the beams 11', 12' moves with a speed proportional to the difference in frequency of the two beams 11, 12. Any detector 22a*22
The brightness measured by bK is that of beam 1 traveling in opposite directions.
Indicates a phase between 1 and 12. The rate of change in phase indicates rotation, and can be expressed mathematically by the following equation (1): where 1φ = instantaneous phase between the two light beams 8 = scale factor of the dial; The input rotation speed ω of the gyro is the lock-in speed of the gyro.
U)式は入力速度と*察できる位相関係の間のロックイ
ン誤差関係を記述するものである。位相の変化率状入力
速度に直接関係するが、ジャイpのロックイン速度ω、
を含む誤差項によシ変見られるととに注意すべきである
。入力回転速度がωLLシ低い時は誤差項は非常に大1
hsこの誤差項は通常はロックイン誤差と呼ばれ、角回
転の決定に際してはとくに面倒なものとなる。Equation U) describes the lock-in error relationship between the input speed and the apparent phase relationship. The rate of change in phase is directly related to the input speed, but the lock-in speed ω of the gyp,
It should be noted that there is a change in the error term containing . When the input rotational speed is low ωLL, the error term is very large.
hs This error term is usually called the lock-in error and is particularly troublesome when determining angular rotation.
ビームの間の位相関係は干渉じまの間隔よ)けるかに小
さな寸法の光検出aKより観察でき石。The phase relationship between the beams can be observed using a photodetector of much smaller dimensions (than the spacing of the interference fringes).
干渉しまの間隔すなわち傘高の輝度が検出器を通って動
く速さを記録す石だ叶で回転速廖を測定できる。その動
く速さは振動数の差に比例する。1本のし重の間隔が記
録される各時刻は2つのビームの間の2f?ジアンの位
相変化を表す。ある時間にわたる振動数差の積分(しま
の変化数のカウント)は、前記したように、2つのビー
ムの間の全位相変化量に比例し、したがってジャイロ入
力軸を中心とする閉ループ路の積分時間中における全角
焚化量に比例する。これ線数学的には次式で表される。The rotation speed can be measured by a stone plate that records the distance between the interference stripes, or the speed at which the brightness of the umbrella height moves through the detector. The speed of movement is proportional to the difference in frequency. Each time the interval of one beam is recorded is 2f? between the two beams. Represents the phase change in Gian. The integral of the frequency difference over time (counting the number of changes in the stripes) is, as mentioned above, proportional to the total phase change between the two beams, and therefore the integral time of the closed loop path about the gyro input axis. It is proportional to the amount of full-width combustion inside. Mathematically, this is expressed by the following equation.
ζこに1Δφは振動数がfg、flであるビーム11と
12の間の位相の積分時間中の全位相変化量(ラジアン
)で、その符号は回転の向きを示す。ζ Here, 1Δφ is the total amount of phase change (in radians) during the integration time of the phase between the beams 11 and 12 whose frequencies are fg and fl, and its sign indicates the direction of rotation.
1つのしまの間隔が検出される各時刻は「カウント」と
呼ぶことができる。カウントのlI数と、スケール・7
アクタが乗ぜられ丸干の力2ント総数の分数は積分時間
中での角変位を示し、カウントの変化率は回転速度を示
す。Each time that one stripe interval is detected can be called a "count." Count lI number and scale 7
The fraction of the total force multiplied by the actor indicates the angular displacement during the integration time, and the rate of change of the count indicates the rotational speed.
(1)式は光検出器22の出力カウントを用いて種々の
単位で表すことかでき、かっC)式で示される。Equation (1) can be expressed in various units using the output count of the photodetector 22, and is shown in parentheses.
!=力9ントで表したセンサ入力角変位で、d!/dt
はカウント7秒で表されをセンサ入力速度
P;カウント7秒で表されるジャイロのロックイン速度
0=カウントで表されるジャイロの角変位出力で、dO
/dtはロックイン誤差を含むジャ、 イル出力速度
である。! = sensor input angular displacement expressed in force9nt, d! /dt
is the sensor input speed P expressed as a count of 7 seconds; gyro lock-in speed expressed as a count of 7 seconds 0=angular displacement output of the gyro expressed as a count, dO
/dt is the jar output speed including lock-in error.
ロックインのため拠出力0は実際の入力!に等しくない
ことがある。ジャイロの出力角ロックイン誤差は、(初
代に示されているように、ロックイン娯差変i!LgV
cよシ定めることができる。Due to lock-in, contribution power of 0 is actual input! may not be equal to . The output angle lock-in error of the gyro is (as shown in the first generation, the lock-in error difference i!LgV
c.
g = o −i (3)(3)式は、ジ
ャイロの出力角カウントは、ジャイロ入力軸を中心とす
る角回転に基づく入力角変位プラスある誤差に等しい。g = o - i (3) Equation (3) shows that the gyro's output angular count is equal to the input angular displacement plus a certain error based on the angular rotation about the gyro's input axis.
0 ! r +1! (4)(4)式を(2
)式に代入するとジャイロ出力カワントで表される額差
式(町が得られる。0! r+1! (4) Expression (4) is converted into (2
) Substituting it into the formula gives the amount difference formula (town) expressed by the gyro output quant.
= M = FLall (2K(t+g)) (s
)t
@)丈は第1図に示畜れているようなlll類のりング
・レーザ角速度センサに固有のロックイン誤差を記述す
るものである。このセンナの出力はセンサによシ測定さ
れる慣性入力角に関連する信号であって、信号処理装置
24により与えられる。仁のセンナ出力は(5)式によ
りはぼ記述されるロックイン−差を含む。以下の説明に
おいて、ロックイン誤差を含み、センサへの慣性入力に
関連するセンナ出力信号が存在するものと仮定している
O本発明の目的は、もちろん、通常のセンナ出力信号に
含まれるロックイン誤差を最小にすることである。(5
)式の効用は以下の説明から明らかとなるであろう。= M = FLall (2K(t+g)) (s
) t @) length describes the lock-in error inherent in a type ring laser angular velocity sensor as shown in FIG. The output of this sensor is a signal related to the inertial input angle measured by the sensor and is provided by signal processing device 24. The senna output includes a lock-in difference which is described by equation (5). In the following discussion, it is assumed that there is a senna output signal that includes a lock-in error and is related to the inertial input to the sensor.The purpose of the present invention is, of course, to eliminate the lock-in error contained in the normal senna output signal. The goal is to minimize the error. (5
) will become clear from the following explanation.
前記したように、米国特許第3373650号には、互
いに逆向きに進む2つの光ビームの間に符号が交番する
時間的に変化する振動数差が大部分の時間存在するよう
に1それらの光ビームの振動数に周期的に反転するバイ
アスが与えられゐレーザ・ジャイロが開示されている。As mentioned above, U.S. Pat. A laser gyro is disclosed in which a bias is applied that periodically reverses the frequency of the beam.
その反転するバイアスは、それら2つの光ビームの間の
時間積分された振動数差が、周期的に反転するバイアス
の完全な1サイクルの後でほぼ零であるような性質のも
のである。(米国特許第3373650号に示されてい
るバイアスは周期的すなわち繰り返えし性のものである
が、周期的にする必:gIはなく、ただ、1秒間当シの
反転回数を十分に大きくするだけでよい。)その米国特
許に開示されているように、バイアスの周期的表反転は
、ジャイt2Km!際の回転運動を与えるととkよシ機
械的に%また轄、九とえば、レーザ発生先路すなわちレ
ーザ発生媒体に直接作用することkよシ、2つのビーム
の間の振動数の差をii!変化させることKよって、行
うこa工できる。徒者の方決は上記米5特許においては
「電気的k」バイアスを与えるもの、と呼ばれている。The reversing bias is of such a nature that the time-integrated frequency difference between the two light beams is approximately zero after one complete cycle of the periodically reversing bias. (The bias shown in U.S. Pat. No. 3,373,650 is periodic or repeatable, but it does not have to be periodic; it does not have to be periodic; it just requires a sufficiently large number of inversions per second. ) As disclosed in that U.S. patent, the periodic table inversion of the biases t2Km! When a rotational motion is imparted, the difference in frequency between the two beams can be determined mechanically, for example by acting directly on the lasing path, i.e. the lasing medium. ii! By changing K, you can do a lot of work. The fool's solution is referred to in the above-mentioned US patent as providing an "electrical k" bias.
機械的にバイアスをかける方法では、ロックイン速度よ
シ高i実効ジャイロ入力回転速度を大部分の時間維持す
るようにル−ザ・ジャイpはジャイ立の入力軸を中心と
して単に電気機械的に正逆転振動すなわちディザ−させ
られ、入力回転速度が向きを周期的に反転するだけであ
る。In the mechanically biased method, the loser gyro is simply electromechanically biased around the gyro's input axis so as to maintain the effective gyro input rotational speed higher than the lock-in speed most of the time. Normal/reverse vibration, or dithering, is caused, and the input rotational speed simply reverses direction periodically.
この機械的なバイアス法によ)加えられるジャイロ入力
軸を中心とする振動すなわちディザ−運動によシ各ビー
ムの振動数が影響を受ff、1つの向きの振動では一方
の振動数は高くなシ、他方の振動数は低くなシ、他方の
向きの振動では振動数の逆の向きKm化する。振動運動
の振動数が十分に高く、その振動によシひき起された実
効回転速度が十分に高いと、ビームの間IKは変化する
振動数の差が大部分の時間にわたって存在するから、低
い回1速縦を測定する場合でもロックインの影響の大部
分が避けられる。電気的にバイアスをか叶る方法では、
レーザ発生光路中に変化を起させてレーザ・ビームの振
動数を直接分離することKよシ1互いに逆向き進んでい
る2つのビームに振動数バイアスを加える喪めに1それ
らのビームの光路中にファラデー媒体のような電気光学
的な装置を使用する。米国特許第3373650号に開
示されている機械的にバイアスをかける方法と電気的に
バイアスをかける方法において、それらのビームのうち
の少くとも一方のビームの振動数がバイアスすなわち賛
工られて、それらのビームの間に振動数差が大部分の時
間にわたって存在するようにする。加えられるバイアス
は周期的に反転する、すなわち、振動数の差の「符号」
を変えるから、それら2つ、の光ビームの振動数差の時
間積分は、1つのバイアス・サイクルすなわちディザ−
・サイクルItch九ってはほぼ零である。The frequency of each beam is affected by the vibration (dithering motion) about the gyro input axis that is applied (by this mechanical biasing method), so that vibration in one direction will cause the frequency of one to be higher. However, the frequency of the other one is lower, and the vibration in the other direction becomes Km in the opposite direction of the frequency. If the frequency of the oscillatory motion is high enough and the effective rotational speed caused by that oscillation is high enough, the IK between the beams will be low because the difference in the varying frequencies will exist for most of the time. Most of the effects of lock-in can be avoided even when measuring the first speed longitudinal. In the method of electrically biasing,
To directly separate the frequencies of a laser beam by causing a change in the laser generation optical path.To add a frequency bias to two beams traveling in opposite directions.To add a frequency bias in the optical path of those beams using electro-optical devices such as Faraday media. In the mechanically biasing and electrically biasing methods disclosed in U.S. Pat. No. 3,373,650, the frequency of at least one of the beams is biased or adjusted to such that a frequency difference exists between the beams for most of the time. The applied bias periodically reverses, i.e. the "sign" of the frequency difference
, the time integral of the frequency difference between the two beams is equal to one bias cycle, or dither.
- Cycle Itch9 is almost zero.
互いに逆向IK進む2つのビームの振動数をバイアスす
るための周期的に反転するバイアスする装置30が導s
31を介してベース25#c結合される。機械的なバイ
アス装置においてはバイアス装置30は、少くとも一方
の振動数を変えるように1ジヤイロの入力軸2@を中心
としてペース25を正の向きと逆の向きに機械的に回転
させて、符号が交番する変化する振動数バイアスを導入
するものであれば、どのような装置を用いる仁とがで禽
る。実際的な意味では、バイアス装置30F1周期的に
反転する振動数バイアスを通常生ずるが、周期性は必ず
しも要求でれない、すなわち、有用なロックイン誤差減
少を行う九めに振動数バイアスは完全Kmシ返えし性の
ものである必要はない。A periodically reversing biasing device 30 is provided for biasing the frequencies of the two beams traveling in opposite directions.
The base 25#c is connected via the base 25#c. In a mechanical bias device, the bias device 30 mechanically rotates the pace 25 in a positive direction and a reverse direction around the input shaft 2 of one gyro so as to change the frequency of at least one side. Any device that introduces changing frequency biases of alternating sign can be used. In a practical sense, although biasing device 30F1 typically produces a periodically reversing frequency bias, periodicity is not necessarily required; i.e., the frequency bias is fully Km to provide useful lock-in error reduction. It doesn't have to be reversible.
バイアス装置30によりひき起される回転運動のととを
ここではディザ−運動と呼ぶ仁とkする。The rotational motion caused by the biasing device 30 is herein referred to as dithering motion.
ジャイロで決定すべき実際の回転は慣性運動入力として
定義される。したがって、ジャイロかジャイロ入力軸2
6を中心として実際に測定するセンサ入力運動■は慣性
入力運動とディザ−運動の和である。したがって、慣性
入力運動だけを示す出力信号を得るためKは、慣性入力
運動とディザ−運動を弁別する手段を設けねばならない
。そのような弁別手段は周知のものであるから第1図に
は示していない。そのような弁別技術の一例が前記米a
+*許第3373650号に示されている。The actual rotation to be determined by the gyro is defined as an inertial motion input. Therefore, the gyro or the gyro input shaft 2
The sensor input movement (2) actually measured around point 6 is the sum of the inertial input movement and the dither movement. Therefore, in order to obtain an output signal indicative of only inertial input motion, K must provide means for discriminating between inertial input motion and dither motion. Such discrimination means are well known and are not shown in FIG. An example of such a discrimination technique is the rice a.
+* Shown in Grant No. 3373650.
前記したように回転速度が低い時にロックイン時に互i
に逆向き#C進む2つのビームの関に起る振動数差よシ
も高く、それらのビームの間の振動数を維持するための
バイアスが加えられる・機械的なバイアスが向きを反転
する時刻附近では、振動数の差の符号が変シ、それらの
ビームの間の位相ψの対応する臂化率dψ/dtFi零
となる。それらの時刻はここでは「零速度交差」と呼び
、ロックイン誤差の増大を記述するのに重要である。電
気的または電気機械的なバイアス装置においては、振動
数の差の符号が反転したeiK%「零速度交差」が起る
。As mentioned above, when the rotation speed is low, mutual i
The frequency difference between the two beams traveling in opposite directions is also high, and a bias is applied to maintain the frequency between the beams.・The time at which the mechanical bias reverses direction. Nearby, the sign of the frequency difference changes and the corresponding bending rate dψ/dtFi of the phase ψ between the beams becomes zero. These times are referred to herein as "zero speed crossings" and are important in describing the increase in lock-in error. In electrical or electromechanical biasing devices, an eiK% "zero speed crossing" occurs where the sign of the frequency difference is reversed.
ジャイロ出力角速度の超越関数式(1) 、 (2)a
、互いに逆向きに進む2つのビームの開の瞬時位相角と
、センサ・ロックイン速度と、位相角測定値オフセット
との関数である。ロックイン速度の実際の量を得るよう
Vn)式を解くために値φまたはOK対する時間的に変
化する式がまず得られる。それは変化するバイアスによ
り与えることができる。Transcendental function equations (1), (2)a of gyro output angular velocity
, is a function of the instantaneous phase angle of the opening of the two beams traveling in opposite directions, the sensor lock-in velocity, and the phase angle measurement offset. In order to solve the Vn) equation to obtain the actual amount of lock-in velocity, a time-varying equation for the value φ or OK is first obtained. It can be provided by a varying bias.
次に1米国特許第3373650号と第3467472
号VC開示されているバイアス装置に類似する装置につ
いて1明する。機械的なバイアス装置においては、リン
グ−レーザ・ジャイロ1000ベー725がある向きと
、それとは逆の向きに周期的に回転させられて、互いに
逆向きに進む2つのビームの振動数の差が正弦波状に変
えられ、その符号が周期的に交番させられるととになる
。仁のような状況にシいては、ペース25が1つの向き
に回転すると、それらのビームの間の瞬時位相角の大き
さけ時間の経過にりれて連続して大きくなる。Then 1 U.S. Pat. No. 3,373,650 and 3,467,472
A device similar to the bias device disclosed in No. VC will be described below. In a mechanical biasing device, the ring-laser gyro 1000 base 725 is periodically rotated in one direction and the opposite direction, and the difference in the frequencies of two beams traveling in opposite directions is a sine. If it is changed in a wavy manner and its sign is periodically alternated, it becomes . In such a situation, as the pace 25 rotates in one direction, the magnitude of the instantaneous phase angle between the beams increases continuously over time.
ベース250回転の向きが変えられると(零速度交差)
、時間的に便化する振動数の差が零へ向かう・各零速度
交差には二次微分dlψ/dt”!’に伴い1更yx*
なことには、その二次微分の符号は回転角の向きに一致
する。When the direction of the base rotation is changed by 250 (zero speed crossing)
, the difference in frequency that becomes more convenient over time tends to zero. ・At each zero velocity crossing, the second derivative dlψ/dt"!' increases by 1 yx*
In particular, the sign of the second derivative corresponds to the direction of the rotation angle.
第11図は、回転の向きが反転する零速度交差領竣にお
けるディザ−きれているジャイロに対する、(5)式で
示されている関係から生ずる誤差を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the error resulting from the relationship expressed by equation (5) for a dithered gyro at the completion of a zero speed crossing region where the direction of rotation is reversed.
カーブ412はジャイロ速度出力と時間との関係を示す
グラフで、時刻TOKおける零速度交差の前における振
動数の低下と、その後における振動数の上昇とを示すも
のである。は#デ一定であるカーブ412の振[iけセ
ンサのロックイン速度ωLtたはPL(単位はカウント
)に依存する。カーブ413けジャイロ角出力wA%g
を示すものであって、カーブ412を積分することによ
シ得られるものである。この誤差8は向きの変化の前記
で変化する周波数と振幅で振動しておシ、変化の向きを
横切る増加する餡差角1のステップを示すものである。A curve 412 is a graph showing the relationship between the gyro speed output and time, and shows a decrease in the frequency before the zero speed crossing at time TOK and an increase in the frequency after that. The amplitude of the curve 412, which is constant, depends on the lock-in speed ωLt or PL (unit: count) of the sensor. Curve 413 gyro angle output wA%g
is obtained by integrating the curve 412. This error 8 oscillates with varying frequency and amplitude before the change in direction, and represents a step of increasing fill angle 1 across the direction of change.
第1】図かられかるように1(5) 式で与えられる
誤差が常に存在するが、その最も重要な作用を零速度交
差に対して有する。正弦波状に周期的にディザ−させら
れるリング・レーザ壷ジャイロの場合には、そのような
変化は各ディザ−・サイクルごとに2回起夛、各零速度
交差ととにカーブ413に示されているそのような誤差
が起る。不幸なことに、従来のバイアス装置ではそれら
のロックイン誤差の大きさは必ずしも等しくなく、かつ
符号が常に逆であることもなく、そのためにジャイロの
出力中に誤差累積すること傾なる。これはランダム・ド
リフトオたはランダム・9オークと呼ばれることがある
。1. As can be seen from the figure, the error given by equation 1(5) always exists, but has its most important effect on the zero speed crossing. In the case of a ring laser gyro that is periodically dithered in a sinusoidal manner, such changes occur twice for each dither cycle, as shown in curve 413, at each zero speed crossing. Such errors occur. Unfortunately, in conventional biasing systems, their lock-in errors are not necessarily equal in magnitude, nor are they always opposite in sign, which tends to accumulate errors in the gyro's output. This is sometimes called Random Drift-O or Random Nine Orcs.
以上の説明は慢械的にディザ−されるジャイロについて
の問題である。しかし、光学的または電気的にディザ−
される特性は前記した特性に@似するから、以下にけし
明切ない。The above discussion concerns a mechanically dithered gyro. However, optically or electrically dithering
Since the characteristics obtained are similar to the characteristics described above, the following description will not be clear.
本発明のバイアス装mrtcおいては、ある引き続くデ
ィザ−・サイクル群にわたって累積される誤差がは埋零
であるように1互V%に逆向!に進む2つのビームの間
の瞬時位相を引き続く零速度交差時KWえるために振動
数バイアスが制御される。In the bias arrangement mrtc of the present invention, the errors accumulated over a series of successive dither cycles are zero! The frequency bias is controlled to change the instantaneous phase between the two beams proceeding at KW during subsequent zero velocity crossings.
次に1本発明の新規なバイアス装置について説明する。Next, a novel bias device of the present invention will be explained.
慣性入力回転速度が零、センサ回転速度izレーザージ
ャイロの入力軸26を中心とするディザ−運動によりセ
ンサ回転速度だけが発生され、レーザ・ジャイロがその
入力軸26を中心として正弦波状に正回転と逆回転の向
きにディザ−される状況について説明することKする。When the inertial input rotational speed is zero, only the sensor rotational speed is generated by the dither movement around the input shaft 26 of the laser gyro, and the laser gyro rotates in a positive sinusoidal manner around the input shaft 26. Let us explain the situation in which the dither is dithered in the direction of reverse rotation.
第2図はそのような状況を示すグシ7である。第2図#
Cは集線の入力ディザ−角度、すなわち、ジャイロ入力
軸26を中心とする真のジャイロ入力角I(カウント)
と、ディザ−運動が完全に正弦波状である場合にいくつ
かのディザ−・サイクルに及ぶ時間との関係を示すグラ
フである。「。カウント」は2πルアンの位相角変化に
直接対応することに注意すべきである。ジャイロのロッ
クイン速度がない場合には、完全なディザ−書サイクル
の1サイクル後ではジャイロ出力角0は零であるから傾
差またはその累積は生じない。これを表す別の方法は、
互いに逆向きに進む2つの光ビームの振動数差のディザ
−・サイクルの周期中にわたる時間積分は零である、と
いうことである。しかし、第11図を参照して駅間した
ように、ロックインのために累積出力角誤差Bか生ずる
ととKなる。FIG. 2 shows a wire 7 showing such a situation. Figure 2 #
C is the input dither angle of the concentrator, i.e. the true gyro input angle I (counts) about the gyro input axis 26;
and time over several dither cycles when the dither motion is completely sinusoidal. It should be noted that ".count" corresponds directly to the phase angle change in 2π Luans. If there is no gyro lock-in speed, no slope or accumulation will occur since the gyro output angle 0 is zero after one complete dither cycle. Another way to express this is
This means that the time integral over the period of the dither cycle of the frequency difference of two light beams traveling in opposite directions is zero. However, as shown in FIG. 11, the cumulative output angle error B or K occurs due to lock-in.
第2図に示すディザ−は正弦波状であるが、ジャイロ出
力角誤差gのM&におけるその役割は、ディザ−を放物
線状と考えることにより適切に表すととめ;できる。す
なわち、正のシイザー半サイクルの場合には最大ディザ
−角が#諺 である上に凸の放物線とし、負のディザ−
半サイクルの場合には最大ディザ−角がθ、である下に
凸の放物線と考えることができる。したがって、正のデ
ィザ−角放物線(すなわち、ジャイロ慣性入力角)は次
式で表すことができ、
また、負のディザ−角放物線は次式で表すことが以下の
説明では、ディザ−角の振幅の単位社「カウント」であ
シ、シたかって、互いに逆向きに進む2つのビームの間
の位相変化の対応する単位を有することに注意されたい
。正のディザ−角放物IiIはd3ψ/dt愈または6
才0/di”の第1の極性に対応し、負のディザ−角放
物線は第2の極性、すなわち、dzφ/di”(iり極
と1i逆の極性に対応する。Although the dither shown in FIG. 2 is sinusoidal, its role in M& of the gyro output angle error g can be appropriately expressed by considering the dither as parabolic. In other words, in the case of a positive scissor half cycle, the maximum dither angle is an upwardly convex parabola;
In the case of a half cycle, it can be considered as a downwardly convex parabola whose maximum dither angle is θ. Therefore, the positive dither angle parabola (i.e., the gyro inertial input angle) can be expressed by the following equation, and the negative dither angle parabola can be expressed by the following equation. Note that the unit ``count'' has a corresponding unit of the phase change between two beams traveling in opposite directions. The positive dither angle paraboloid IiI is d3ψ/dt or 6
The negative dither angle parabola corresponds to a first polarity of dzφ/di'' (1i opposite to dzφ/di'').
まず、正のナイザー角放物級について説明する。First, we will explain the positive Nizer angle paraboloid class.
(6)式をv4差式(51に代入すると、レーザ拳ジャ
イロの品質が許容できないほど低いものでなければ、い
くつかのディザ−半サイクルにわたる誤差Eの変化は非
電に小言い。したがって、(8)式の右辺の鴎は一定で
あると考えることができる。そうすると、(8)式をマ
イナス無限大からプラス無限大にわたって時間積分する
ととKより、正のディザ−角放物#に対して増大する出
力角誤差を表す式(9)を得ることができる。Substituting equation (6) into the v4 difference equation (51), unless the quality of the laser fist gyro is unacceptably low, the change in error E over several dither half-cycles is negligible. Therefore, The seagull on the right side of equation (8) can be considered to be constant. Then, if equation (8) is integrated over time from minus infinity to plus infinity, then for a positive dither angle paraboloid #, Equation (9) can be obtained that expresses the output angle error that increases.
上の積分はフレネル積分特性を基にしているものである
。The above integral is based on Fresnel integral properties.
同’IjKz iaのディザ−角放物1Iilk対する
増大する誤差の式は同様のやり方で求めることができる
。The expression for the increasing error for the dither angle paraboloid 1Iilk of IjKz ia can be found in a similar manner.
冥際的な目的のためには、−1と一°、は#1#f勢し
いから単VcOと表すことができる。しかし、#為と#
烏の間の小式な差でも三角−数ては大きな違Int−失
することがめるから、両者の差は記憶しておかねになら
ない。For practical purposes, -1 and 1° can be expressed as a single VcO since #1#f is strong. However, #for #
It is important to remember the difference between the two, because even a small difference between the numbers can cause a big difference in the triangle.
完全なlディザ−11?イクルにわえる全誤差増分け、
正のディザ−角放物線の関に累積され九誤差と、負のデ
ィザ−角放物−〇関に累積されえ誤差の和として表すこ
とかできる。その和は、Δ1鳴−十ΔB
である。こζに、
ム、 =x#、+。Complete l dither-11? Total error increment over cycles,
It can be expressed as the sum of the 9 errors accumulated on the positive dither angle parabola function and the sum of the errors accumulated on the negative dither angle parabola - 0 function. The sum is Δ1 - 1ΔB. For this ζ, m, =x#, +.
ム■2θ重+i
である。簡単な三角法の公式を用−ると(12)式は次
のようKなる。2θ weight + i. Using simple trigonometry formulas, equation (12) becomes K as follows.
A、−ム
((2)2N:(ε十−−−−上)) (13)ジ
ャイロ入力軸26を中心とする慣性回転だけがディザ−
運動であると仮定して、(ta)式は完全々るディザ−
・サイクル中に累積された全増加ジャイロ出力角誤差Δ
Gを表す。A, -m ((2) 2N: (ε 10 ---- upper)) (13) Only inertial rotation around the gyro input shaft 26 is dithered.
Assuming motion, equation (ta) is completely dithered.
・Total incremental gyro output angle error Δ accumulated during the cycle
Represents G.
(13)式て表される誤差のために1完全なlディザ−
・サイクル中にジャイロ入力軸26を中心とする角変位
が零である時に、ジャイロがある角度だけ回転したこと
を示すジャイロ出力角となる。(13) 1 perfect l dither due to the error expressed by Eq.
- When the angular displacement around the gyro input shaft 26 is zero during a cycle, the gyro output angle indicates that the gyro has rotated by a certain angle.
航行装置において杜、これはある角度回転によシ示場れ
る。これは、吃ちろん、誤シである。その理由は、ディ
ザ−運動以外のセンナ運動がない、と03)式を定める
際に仮定したからである。各ディザ−・サイクルにおけ
ゐ各零速度交差はクロックイン誤差を構成する。したが
って、各ディザー半サイクルから生ずるジャイロ出力角
誤差は累積される仁とkなる。その結果累積された(1
3)式で示される誤差は、先にランダム・ドリフトまた
祉ランダム・クォータと呼んだロックイン誤差の増大す
る寄与分である。レーザ・ジャイロを連続動作させた場
合に累積調停が過大になると精密な航行装置に用いられ
なくなシ、シたがって累lII!を差を最小に抑えるか
、誤差を全くなくすことが必要である。In a navigation device, this is shown by a certain angular rotation. This is, of course, a mistake. The reason for this is that when formula 03) was determined, it was assumed that there was no Senna motion other than the dither motion. Each zero speed crossing in each dither cycle constitutes a clock-in error. Therefore, the gyro output angle error resulting from each dither half cycle is cumulative. As a result, the accumulated (1
The error expressed by equation 3) is an increasing contribution of the lock-in error, previously referred to as random drift or random quota. When a laser gyro is operated continuously, if the cumulative arbitration becomes too large, it cannot be used as a precision navigation device, and therefore, the accumulation becomes too much! It is necessary to minimize the difference or eliminate the error altogether.
本発明では、式(12) 、 (13)で表される。各
ディザ−・サイクルごとの累積ジャイロ出力誤差角は、
互いに逆向きに進む2つのビームの間の瞬時位相差を、
引き続く零速度交差において、所定値だけ変える仁とk
よシ大幅KfIR少できる。前記した機械的にバイアス
される装置では、正と負の最大のディザ−負振幅を、引
き続く零速度交差において、予め選択した量だけ変える
ことKよシ瞬時位相差を処理できる。In the present invention, it is represented by formulas (12) and (13). The cumulative gyro output error angle for each dither cycle is:
The instantaneous phase difference between two beams traveling in opposite directions is
In the subsequent zero speed crossings, jin and k are changed by a predetermined value.
You can significantly reduce KfIR. The mechanically biased system described above can handle instantaneous phase differences by varying the maximum positive and negative dither amplitudes by a preselected amount at subsequent zero speed crossings.
第3図には本発明の原理を用いた誤差打ち消しバイアス
装置の一実施例のブロック図が示されている。リング9
レーザ・ジャイロ100が第1図に示されているのと類
似の結合要素31を介してバイアス装置’30に結合さ
れる。このバイアス装置30は機械的および電気的のい
ずれかのヤシ方でも構成できる。説明の便宜上、バイア
ス装[30と結合要素31け、リング・レーザ・ジャイ
ロ100をその入力軸26を中心として振動させ、リン
グ・レーザ・ジャイロ10G内の互−に逆向IK進む2
つのビームの振動数バイアスを周期的に反転させること
ができる機械的な構成のものと仮定する。FIG. 3 shows a block diagram of one embodiment of an error cancellation biasing device employing the principles of the present invention. ring 9
A laser gyro 100 is coupled to biasing device '30 via a coupling element 31 similar to that shown in FIG. The bias device 30 can be constructed either mechanically or electrically. For convenience of explanation, a bias device [30 and a coupling element 31] are used to vibrate the ring laser gyro 100 about its input shaft 26, and to move the IK in mutually opposite directions within the ring laser gyro 10G.
Assume a mechanical configuration in which the frequency bias of two beams can be periodically reversed.
これは、たとえば、ペース25に結合されるモータを用
いて行うことができる。バイアス装置30はバイアス制
御信号発生器32によシ与えられたバイアス制御信号に
より制御される。This can be done, for example, using a motor coupled to pace 25. Bias device 30 is controlled by a bias control signal provided by bias control signal generator 32.
バイアス制御信号発生器32から接続要素33へ4見ら
れるバイアス−御信号は、
^dB(2πFd t)
の形の出力を生ずる第1の信号発生器34の出力と、
Km(2fFxL)
の形の出力を生ずる1g2の信号発生器35の出力との
和である。The bias-control signal 4 seen from the bias-control signal generator 32 to the connecting element 33 combines the output of the first signal generator 34 resulting in an output of the form ^dB(2πFd t) and the output of the first signal generator 34 of the form Km(2fFxL). It is the sum of the output of the signal generator 35 of 1g2 which produces the output.
加算器36で加え合わきれたそれらの信号出力祉バイア
ス装f30を制御するバイアス制御信号である。PXe
=Fd/2であるから、バイアス制御信号は正と負の最
大振11!が周期的に費えられゐ正弦波信号となる。バ
イアス制御信号の振幅の周期的な変化は、選択された振
幅にと選択され九周波数F8を有する第2の信号発生器
35によ勺は埋決定される。正弦波状変化の周波数はF
dによシ決定される。The output of these signals added together by the adder 36 is a bias control signal for controlling the bias device f30. PXe
=Fd/2, the bias control signal has a maximum positive and negative swing of 11! is consumed periodically, resulting in a sine wave signal. The periodic variation in the amplitude of the bias control signal is determined by a second signal generator 35 having a selected amplitude and frequency F8. The frequency of the sinusoidal change is F
It is determined by d.
第4図社、通常のセンサ出力中のロックイン誤差を大1
1に減少する本発明の富柊差打消しバイアス・ティザ−
運動を示すグラフである。第41!1には鯖3図に示す
本発明の実施例によシ与えられるディザ−運動のグラフ
を示すものである。バイアス装置30によシ与えられた
最大ディザ−負振幅は、バイアス制御信号発生器32に
よシ与えられるバイアス制御信号によシ決定される予め
選択されたgMKよシ、周期的に変光られる。Fxae
Fd/2の場合には、第1図に示す最初の正弦波状デ
ィザ−角は正の最大ディザ−負振幅0□と負の最大ディ
ザ−負振幅θ雪 を有する。第2の正弦波状ディザ−・
サイクルの正と負の最大振Sけそれぞれ0.。Figure 4 Company, lock-in error during normal sensor output is increased by 1
The present invention's Tomihiro difference cancellation bias teaser is reduced to 1.
It is a graph showing movement. 41!1 shows a graph of the dither motion provided by the embodiment of the present invention shown in FIG. The maximum dither negative amplitude provided by bias device 30 is periodically varied to a preselected gMK determined by a bias control signal provided by bias control signal generator 32. . Fxae
For Fd/2, the first sinusoidal dither angle shown in FIG. 1 has a maximum positive dither amplitude 0□ and a maximum negative dither amplitude θ. Second sine wave dither
The maximum positive and negative swings of the cycle are each 0. .
θ4である。第3のディザ−・サイクルは第1のディザ
−・サイクル2同じである等である。連続する2つのテ
ィザ−・サイクルから住する全増分ジャイロ出力角誤差
は、各ディザ−・サイクルの各半サイクルにおける各増
分1差の和であシ、式(9)# (11)を、14図に
示す引き続く2つのディザ−・サイクルに適用すること
Kよシ見出すことができ、次の(14)式で表すことが
できる。θ4. The third dither cycle is the same as the first dither cycle 2, and so on. The total incremental gyro output angle error from two successive teaser cycles is the sum of each incremental difference in each half cycle of each dither cycle, equation (9) # (11), It can be found that K can be applied to the two subsequent dither cycles shown in the figure, and can be expressed by the following equation (14).
Δft(2サイクル)+6g(as)+ΔB(θ、)+
6g(ls)+Δ■(04) (14)引き続く2つ
のディザ−・サイクルに対する04)弐によ〕記述され
ている全増分ジャイロ出力角誤差は、次式で示される関
係を真とするととKよ〕、はぼ零にすることができる。Δft (2 cycles) + 6g (as) + ΔB (θ,) +
6g (ls) + Δ■ (04) (14) The total incremental gyro output angle error described by 04) 2 for two subsequent dither cycles is K if the relationship shown by the following equation is true. ], it can be reduced to zero.
C16)
前と同lIMK引き続く数サイクルの間は露は小さくて
はは一定であると仮定している。C16) Same as before It is assumed that the dew is small but constant during the following few cycles.
(15) 、 (18)式で示されている関係はθ息−
θ暑=N±1/2カウント (17)’l
’4 = N上1/21yt:y ) (
18)である時社常に真である。これらの式でNは任意
の整数である。The relationship shown in equations (15) and (18) is θ breath−
θ heat = N±1/2 count (17)'l
'4 = N top 1/21yt:y) (
18) is always true. In these formulas, N is any integer.
式(17) 、 (18)は、正の最大ディザ−角θ1
.0sがカウントの±172という部分差だけ異なシ、
負の最大ディザ−輿#、 、θ4が±】/2カクントだ
け異るものとすると、この関係を有する引き続く2つの
ディザ−・サイクルに対する得られた増大ジャイロ出力
角誤差はは埋零であることを示す。Equations (17) and (18) are the maximum positive dither angle θ1
.. 0s differs by a partial difference of ±172 of the count,
Assuming that the negative maximum dither angles, , and θ4 differ by ±]/2 kakunts, the resulting increased gyro output angle error for two subsequent dither cycles with this relationship is zero. shows.
すなわち、センナ出力に関連するロックイン誤差は前記
のようにt1!ぼ零にされる。最大ディザ−負振幅の間
のカウントの部分差のみが重要である仁とを強調するこ
とは1要である。その理由は、力9ントの整数部分が2
つのビームの間の2s位相費化の整数部に一致し、ロッ
クイン額差の減少に何の影響も及はさないからである(
式(14) 、 (1B) 。That is, the lock-in error related to the senna output is t1! as described above. Be reduced to nothing. It is important to emphasize that only the partial difference in counts between maximum dither and negative amplitudes is significant. The reason is that the integer part of the force 9 nt is 2
This is because it corresponds to the integer part of the 2s phase cost conversion between the two beams and has no effect on the reduction of the lock-in amount difference (
Equation (14), (1B).
(16)で示した三角関係を参N4)。Refer to the triangular relationship shown in (16) N4).
再びfga図を参照して卯lの信号発生器34け、第2
の信号発生器35と独立に動作した時に、リング・レー
ザ・ジャイロ100が最大の正と貴のディザ−負振幅ム
を有するように1.バイアス装置別を制御できる。第2
の信号発生器34が第1の信号発生器と独立に動作させ
られた時に、レーザ・ジャイロ100が最大のディザ−
角根@1/2Aを有するように第2の信号発生器35が
バイアス装置30を制御できるように1第2の信号発生
器35の出力の振幅が選択される。第1とw、2の信号
発生器34.35の出力の和はバイアス制御信号発生器
のバイアス制御信号を構成する。このバイアス制Th信
号によシ、レーザ・ジャイロ100の回転を正と逆の向
きに振動させることによって、ディザ−角の振幅ムをカ
ウントの1/4(*/2)だ妙交互に大きくしたシ、小
さくしたすして、引き続く正の最大ディザ−負振幅と引
き続く最大ディザ−負振幅との間の差を希望の値である
カウントの1/2(π)にし、それによシ式1 (ls
)’、 (11)で示されている尋式が満足され、引き
続く2つのディソー・サイクルにわたって累積されたジ
ャイ四出カ角鯛差を#lは零となるようにバイアス装[
30をwJ御する。Referring again to the FGA diagram, the 34-digit signal generator, the second
1. so that the ring laser gyro 100 has the largest positive and negative dither amplitudes when operated independently of the signal generator 35. Can control each bias device. Second
When the first signal generator 34 is operated independently of the first signal generator, the laser gyro 100 achieves maximum dither.
The amplitude of the output of the second signal generator 35 is selected such that the second signal generator 35 can control the biasing device 30 to have the square root @1/2A. The sum of the outputs of the first, w, and second signal generators 34,35 constitutes the bias control signal of the bias control signal generator. By oscillating the rotation of the laser gyro 100 in the forward and reverse directions according to this bias-controlled Th signal, the amplitude of the dither angle was increased alternately by 1/4 (*/2) of the count. , then reduce the difference between the maximum positive dither-negative amplitude and the maximum subsequent dither-negative amplitude to the desired value, 1/2 of the count (π), and then use Equation 1 (ls
)', the equation shown in (11) is satisfied, and the difference in the angle of the sea bream accumulated over the following two Diso cycles is biased so that #l becomes zero.
Control 30 wJ.
バイアス装置30と結合要素31の一例は1米国特許第
3373650号KB示されている、ばねKとシつけら
れた電極石である。電磁石にパルスが与えられるとげね
にトルクが加えられ、そのえめにレーザ・ジャイロ10
0が加えられたパルスの大きさと極性に比例したディザ
−動作すなわち震動を行う。とのばね−電磁石系は高1
nQを示すから、1個のパルスが加えられると数サイク
ルのディザ−運動が行われる。各パルス祉非常に軽くダ
ンピンクされ九正弦波状リンギングを生ずる。パルスに
正弦波状にディザ−させられるレーザ・ジャイロが組合
わされると、主ディザ−振動数で、非常に軽<It’ン
ビングされた正弦波状にリンギングされるディザ−角根
@がパルスによ)発生されるうそのような系が95図に
示されている。An example of the biasing device 30 and coupling element 31 is a spring K and a bolted electrode stone, as shown in 1 US Pat. No. 3,373,650 KB. A pulse is applied to the electromagnet, a torque is applied to the barb, and the laser gyro 10
A dither operation or oscillation is performed in proportion to the magnitude and polarity of the pulse to which zero is applied. The spring-electromagnet system is high 1
Since nQ is shown, when one pulse is applied, several cycles of dither movement are performed. Each pulse is very lightly damped, resulting in nine sinusoidal ringings. When the pulse is combined with a sinusoidally dithered laser gyro, the pulse causes a very lightly damped sinusoidally ringing dither square root at the main dither frequency. The false system that is generated is shown in Figure 95.
aS図には、本発明の原理を用いた別の誤差打ち消しバ
イアス装置を示す本発明の別の実施例が示されている。Another embodiment of the present invention is shown in the aS diagram illustrating another error cancellation biasing device using the principles of the present invention.
第5図は、第3図のバイアス信号発生器320代勺にバ
イアス信号発生器532か用いられていることを除いて
、第3図に示す回路に類似する。第2の信号発生器35
の代シにパルス発生器537が用いられていることを除
き、バイアス信号発生器532Fiバイアス信号発生器
32に類似する。毀s1図に示されているように1パル
ス発生器537は、振幅がPで、第1の信号発生器34
により発生される主ディザ−信号と同相関係、にある正
と負のパルスを交互に発生できる。第5a図で、カーブ
500祉第1の信号発生器34によ)発生された信号に
よシひき起されるディザ−運動を表し、カーブ510は
パルス発生器537KJJ+発生されたパルスによりひ
き起されるディザ−運動を示す。それら2つのディザ−
運動を組合わせて得られたディザ−運動が、周期的に強
められる振幅OKよル水式れている。第2の信号発生器
537によ多発生されるパルスを適切に形成することに
よ)、第3図のバイアス装置にょシ行われるのとほぼ岡
じディザ−運動が発生される。すなわち、バイアス装置
30はレーザージャイ100’)第4図に示すように振
動させる。仁の揚動で、ディザ−角の振幅4分の1カク
ントだけ交互に増大させられえル、減少させられたシす
る。+のように状況においては、引き続く正の最大ディ
ザ−角根−と、引き続く負の最大ディザ−負振幅の間の
カクントの申分の希望の差が運成畜れて、引き続く2つ
のディザ−11tイクルにわ九って$8されえジャイロ
出力角誤差がほぼ零にされる。FIG. 5 is similar to the circuit shown in FIG. 3, except that bias signal generator 532 is used instead of bias signal generator 320 in FIG. Second signal generator 35
Bias signal generator 532Fi is similar to bias signal generator 32, except that a pulse generator 537 is used instead. As shown in Figure 1, the 1 pulse generator 537 has an amplitude of
Alternating positive and negative pulses can be generated that are in phase with the main dither signal generated by the dither signal. In FIG. 5a, curve 500 represents the dither movement caused by the signal generated by the first signal generator 34, and curve 510 represents the dithering movement caused by the pulse generated by the pulse generator 537KJJ+. This shows the dithering motion. those two dithers
The dithering motion obtained by combining the motions has an amplitude that is periodically intensified. By suitably shaping the pulses generated by the second signal generator 537, a dithering motion similar to that produced by the biasing device of FIG. 3 is produced. That is, the bias device 30 causes the laser beam 100' to vibrate as shown in FIG. By lifting the dither angle, the amplitude of the dither angle can be alternately increased and decreased by a quarter of a degree. In situations such as +, the desired difference between the maximum positive dither amplitude and the maximum negative dither amplitude will increase, resulting in the difference between the two subsequent dithers. After 11t cycles, it costs $8 and the gyro output angle error is reduced to almost zero.
(9)〜(18)式に関して行った以上の解析は、V個
のディザ−・サイクルよ〉成るサイクル群に対して累積
されたジャイロ出力角誤差をはぼ零にするような条件を
記述するためKよル一般化できる。The above analysis of equations (9) to (18) describes conditions that reduce the accumulated gyro output angle error to approximately zero for a cycle group consisting of V dither cycles. It can be generalized.
式(15) 、 (16)における数学的表現が、u個
のディザー−サイクルよ構成る評に対しては(19)弐
に水式れてiる表現によ多一般的表彰で水式れてiる。For the evaluation that the mathematical expressions in equations (15) and (16) are composed of u dither cycles, (19) I'm here.
この(19)式において、#?は1tIk:テイザーΦ
サイクル群における個々の引t1続く最大の正ティザー
角振幅(カワント)、θユは同じデ1サー・サイクル群
−におFfゐ個々の引き続く最大の負ディザー角振幅(
カワント)であシ、Bは小さいと仮定され、M個のディ
ザ−・サイクルにわたってtxt!一定であると仮定畜
れる。In this equation (19), #? is 1tIk: TaserΦ
The maximum positive dither angle amplitude (Kwant) for each individual t1 in the cycle group, θ is the maximum subsequent negative dither angle amplitude (Ff) for the same de1 cycle group.
txt!), B is assumed to be small, and txt! is assumed to be small over M dither cycles. Assuming that it is constant.
(19)
(19)式は、C19)式を満すあるディザー−サイク
ル群の正と負の最大ディザ−角珈幅の所定のイ1が、デ
ィザ−・サイクルの引き続く各ディザ−・サイクル群に
対する、#1は零である増分誤差の和となることがある
。たとえば、正と負の最大ディザー角振幅を、引き続く
各ディザ−・サイクルごとにカワントの4分の1だけ単
趣かつ部分的に増大させると、8つのディザ−II+t
−イクル以上にわ友って累積I!ASが零になる。前と
同様に、仁の例では、引き続く最大ディザ−負振幅の間
のカヮントの4分の1の部分差だけが、三角胸am係の
ために1費なものである。もちろん、上船の結果を運M
!、+るために、零速度交差における8つの正の最大デ
ィザ−負振幅と8つの貴の最大ディザ−負振幅社(19
)式に示されている関係を満足させる必要があるだけで
あ六 したがって単調増大する必要はない。(19)式
を満す正と負の8つのディザ−負振幅は次式から見出す
ことができる。(19) Equation (19) indicates that a predetermined value of the maximum positive and negative dither angle widths of a certain dither cycle group that satisfies Equation C19 is determined by , #1 may be the sum of the incremental errors that are zero. For example, if the maximum positive and negative dither angle amplitudes are monotonically and partially increased by a quarter of a quart for each subsequent dither cycle, then 8 dither II+t
-I have more friends than Ikuru! AS becomes zero. As before, in the example, only the one-quarter fractional difference between the subsequent maximum dither-negative amplitudes is at a cost for the triangular chest ampere. Of course, the result of disembarkation is determined by M.
! , plus eight positive maximum dither-negative amplitudes at the zero speed crossing and eight positive maximum dither-negative amplitudes (19
) It is only necessary to satisfy the relationship shown in the formula 6. Therefore, it is not necessary to increase monotonically. Eight positive and negative dither negative amplitudes that satisfy equation (19) can be found from the following equation.
ここに、
A−カワントで表わしたある一定振幅
M冨選択された群内のディザ−・サイクルの数1一群M
の1番目のディザ−・サイクルである。したがって、引
き続くディザ−・サイクルのl#に対する最大ディず−
・サイクルを替えられる多くの可能性を、引き続く各デ
ィザ−・サイクル群に対する累積誤差をはt!零にする
ために、利用できる。Here, A - a certain amplitude M expressed in quanta, the number of dither cycles in the selected group, 1 a group M
This is the first dither cycle. Therefore, the maximum dither for l# in subsequent dither cycles is
- Given the many possibilities of changing cycles, the cumulative error for each successive dither cycle group is t! It can be used to make it zero.
前記しえように、(19)式における#、と#。は、前
記したように、正と負の引き続く零速度交差時に1互い
に逆向きに進む2のビームの間の瞬時位相差K[m関係
する。し九がって、上記の考察は、振動数バイアスを榛
械的な回転なしに与える、前記電気的バイアス装置Kt
m用される。As mentioned above, # and # in equation (19). As mentioned above, is related to the instantaneous phase difference K[m between two beams traveling in opposite directions during positive and negative successive zero velocity crossings. Therefore, the above considerations demonstrate that the electrical biasing device Kt provides a frequency bias without mechanical rotation.
m used.
前記式で用いられる振幅はディザ−・サイクルの最大振
幅であることにも注意すべきである。しかし、より重要
なことは、dψ/diがは埋零でジャイロ入力軸26を
中心とする零センサ入力速度近くに対応する時、すなわ
ち、振動数差が零であって、符号を変える時のディザ−
負振幅である。It should also be noted that the amplitude used in the above equation is the maximum amplitude of the dither cycle. However, what is more important is when dψ/di is zero and corresponds to near zero sensor input speed around the gyro input axis 26, that is, when the frequency difference is zero and the sign changes. dither
It has a negative amplitude.
センサ入力速度dψ/dtはディザ−運動グラス慣性入
力運動である。The sensor input velocity dψ/dt is the dither motion glass inertial input motion.
第3,5図に示すバイアス装置と、それKよる対応する
解析によシ、式(15) 、 (16) 、 (19)
か満されるように最大の正と負のディザ−負振幅を完全
に制御する。しかし、引き続くディザ−・サイクル対に
おける非常に小さい動揺のために、先に説明した数学的
解析に含まれていない別の誤差が失する。Based on the bias device shown in Figs. 3 and 5 and the corresponding analysis by K, Equations (15), (16), (19)
Fully control the maximum positive and negative dither - negative amplitude to meet the maximum positive and negative dither requirements. However, due to the very small perturbations in the subsequent dither cycle pairs, additional errors not included in the mathematical analysis described above are lost.
それらの動揺はランダムでないこともあシ、選択された
バイアス装置の結果のこともある。それらの動揺をラン
ダムにするために、前艷米ai1%#l!f第8467
472号に示烙れているランダム信号発生器に類似する
2ンダム信号発住器を用いることができる。第6図には
、本発明のJ[Ilと米国特許第3464472号に開
示されて鱒る発明OJI理を用いる誤差打ち消しバイア
ス装置を示す本発明の別の実施例を示すものである。These perturbations may not be random, but may be the result of selected biasing devices. To make those fluctuations random, 前艷米ai1%#l! f No. 8467
A dual random signal generator similar to that shown in No. 472 may be used. FIG. 6 shows another embodiment of the present invention showing an error cancellation biasing device using the J[Il of the present invention and the inventive OJI principle disclosed in U.S. Pat. No. 3,464,472.
第6図には、第3図に示されているバイアス信号発生器
320代シにバイアス制御信号発生器632を用いてい
ることを除き、ti!J3図に示すバイアス装置K11
i似するバイアス装置が示されてiる。第4図の信号発
生器340代多K12ンダム振幅発生器634bと正弦
関数発生!8634mを含む第1の信号発生器634が
用いられていることを除き、バイアス信号発生6632
はバイアス信号発生器32に類似する。第1の信号発生
器11$4祉、引き続くディサ−・サイクル対に対する
振IIがランダムに費化することを除き、第1の信号発
生器に類似の正弦関数を生ずる。第1の信号発生器−3
4は、第5図に示されているバイアス装置O第1の信号
発生器34の代シに#Ilの信号発生器634を同様に
使用できる。FIG. 6 shows ti!, except that a bias control signal generator 632 is used in place of the bias signal generator 320 shown in FIG. Bias device K11 shown in figure J3
A similar biasing device is shown. Signal generator 340s multi-K12 random amplitude generator 634b in Figure 4 and sine function generation! Bias signal generation 6632 except that a first signal generator 634 comprising 8634m is used.
is similar to bias signal generator 32. The first signal generator 11 produces a sinusoidal function similar to the first signal generator, except that the wave II for each pair of subsequent dither cycles is randomly distributed. First signal generator-3
4, the #Il signal generator 634 can be similarly used in place of the bias device O first signal generator 34 shown in FIG.
動作時には、第6図に示すディザ−装置Fi島ある任意
のランダムな最大の正と負のティザ−負振幅で、ジャイ
ロを2つのディザ−・サイクルの間ディザ−する。その
ディザ−負振幅は、餉2の信号発生器によシ行われるこ
とを除いてはぼ一定である。その第2の信号発生器は、
引き続く2つの正の最大ディザ−負振幅と引き続く2つ
の負の最大ナイザー角根$11$2分の1カワントだ妙
異るように1最大のディザ−負振幅を変える。次に、第
1の信号発生器6341の振幅がランダムKW見られ、
次の2つのディザ−・サイクルの間一定に保たれる、等
である。このように、バイアス装fKおりる動揺から生
ずる誤差の平均1iIFが大幅に小さくされるように、
それらの誤差が2ンダムにされる。In operation, the dither device shown in FIG. 6 dithers the gyro for two dither cycles with some random maximum positive and negative teaser amplitude. The dither negative amplitude is approximately constant except that it is provided by the signal generator of the second dither. The second signal generator is
Two subsequent positive maximum dither-negative amplitudes and two subsequent negative maximum dither angle root $11 $1/2 quanta vary one maximum dither-negative amplitude. Next, the amplitude of the first signal generator 6341 is seen randomly KW,
It is held constant for the next two dither cycles, and so on. In this way, the average error 1iIF resulting from the perturbation of the bias device fK is significantly reduced.
Those errors are made random.
以上の説明においては1.レーザ・ジャイロはディザ一
連動だけを有し、慣性入力運動は零であると仮定した。In the above explanation, 1. The laser gyro was assumed to have only a dither sequence and zero inertial input motion.
ここで、レーザ・ジャイロの入力軸を中心とするセンサ
入力運動が一定の回転i11度!b鮪する慣性入力運動
を含み、引き続く2つのディザ−・サイクルの間の振幅
が前記したようにカワントの2分の1だけ異なるよう表
ディザー運動をレーザ・ジャイpが受けるような状況に
つ−て考える仁とにする。この状況を第7図にグラフで
示す。このグラフにおいて、ベース運動は次の(20)
弐に従う一定の回転速111にである。Here, the sensor input movement around the input axis of the laser gyro is a constant rotation i11 degrees! For a situation in which the laser gyp is subjected to a surface dithering motion that includes a corresponding inertial input motion and the amplitude between two subsequent dithering cycles differs by one-half of a quart as described above. I will think deeply. This situation is illustrated graphically in FIG. In this graph, the base motion is (20)
At a constant rotational speed 111 according to the second direction.
I b= I X 4F4 (20)ζζに、
Fdは周期的に反転するディザ−0周波数1 「i」は
ディず−Φサイクルの4分のIKおける慣性入力回転の
角度増分である。I b= I X 4F4 (20) ζζ,
Fd is the periodically inverted dither-0 frequency 1 ``i'' is the angular increment of inertial input rotation in IK of the quarter of the dither-Φ cycle.
第7図において、引き続く2つの正の最大ディザ−負振
幅は数学的には次の式で記述できる。In FIG. 7, the following two maximum positive dither-negative amplitudes can be mathematically described by the following equation.
ムl冨ム+1 + 1−31 (21)ム3−ム−
)+!+!
、ここI/C,Tはディザ−・サイクルの中間におけゐ
角度回転である。また、引き続く負の最大ディザ−負振
幅は次式で表すことができる。Ml Tomi +1 + 1-31 (21) M3-M-
)+! +! , where I/C,T is the angular rotation in the middle of the dither cycle. Further, the maximum negative dither amplitude that follows can be expressed by the following equation.
ム2=ム+4− ” ’ (22)ム4=A −
−−I−31
ρl)、(22)式を(13)式に代入してから、引き
続く2つのディザ−・サイクル期間中にv4差を加え合
わせると、引き続く2つのディザ−・サイクルから生じ
た累積誤差(カッント)に対して次のような式が得られ
る。Mu2 = Mu + 4- ” ' (22) Mu4 = A -
--I-31 ρl), by substituting equation (22) into equation (13) and then adding the v4 differences during the two subsequent dither cycles, we get The following formula is obtained for the cumulative error (cut):
th2π(ム−τ+I+1+1)+
sh+2π(ム−7−x −g−31) ) (23)
三角法の定珈から(2B)式は次式のようになる。th2π(mu-τ+I+1+1)+sh+2π(mu-7-x-g-31)) (23)
From the trigonometry constant, equation (2B) becomes the following equation.
((2)2K(ム一1)−2K(I+g)) (
謁)C24)式は、ペース運wJが存在している時に2
つ以上の引き続くディザ−・サイクルの関に累stすれ
た誤差は慣性入力運動の関数となる仁とを示してiる。((2)2K(Mu1)-2K(I+g)) (
Audience) C24) Formula is 2 when pace luck wJ exists.
The accumulated error over more than one successive dither cycle is a function of the inertial input motion.
ベース運動のjlj[か低い時は、第3,5゜6融に示
すバイアス装#ll#i促米の装置よルはるかに優れて
いる。一方、ベース運動O速度が比較的高い時は、本発
明の誤差打ち消しバイアス装置によシ、全てのΔ−の和
である全ルックイン誤差祉慣性入力速度か高くなるにつ
れて大自くなる・これ祉高這慣性入力速度におiては望
宜しくなへその理由は、前記−差打ち消し装置により加
えられるバイアスの8ループ制御に慣性入力速度が展は
す影響を考慮に入れて−ないからである。When the base motion is low, it is far superior to the bias device shown in the 3rd, 5th and 6th fusions. On the other hand, when the base motion velocity is relatively high, the error cancellation biasing device of the present invention allows the total look-in error, which is the sum of all Δ−, to increase as the inertia input velocity increases. The reason why high inertial input speeds are undesirable is that they do not take into account the effect of inertial input speed on the eight-loop control of the bias applied by the difference canceling device. .
第8図には本発明の誤差打ち消しバイアス装置の別の実
施例のプ窒ツク図が示されてiる。仁の実施例は閉ルー
プ制御を用iている・第8EK示す装置は慣性入力速度
の影響を考慮に入れて希蓋のバイアス制御を行うもので
ある。第8図で、レーザ・ジャイロ100が結合要素3
1を介して)(イアス装置30に結合される。バイアス
装置sOはバイアス制御信号発生器832によ〕与えら
るバイアス制御信号によ〕制御Klされる。レーず・ジ
ャイロ100には、位相角検出器gosが結合1g80
1を介して結合されるとともに、位相角速度検出器口0
2が結合llI木$03を介して結合されるOこの位相
角検出器8G2は、ジャイロ100の光ビームの間の位
相角が零を通る(dφ/at−0)時に1出力信号を常
に住する。したかって、その出力信号は「零速度交差」
を示す。この「零速度交差」というのは先に述べたもの
と同じである。FIG. 8 shows a schematic diagram of another embodiment of the error cancellation biasing device of the present invention. Jin's embodiment uses closed-loop control. The device shown in No. 8 EK provides bias control of the cap, taking into account the effects of inertial input velocity. In FIG. 8, the laser gyro 100 is connected to the coupling element 3.
1) (to the bias device 30; the bias device sO is controlled by a bias control signal provided by a bias control signal generator 832). angle detector gos combined 1g80
1 and the phase angular velocity detector port 0
This phase angle detector 8G2 always generates a 1 output signal when the phase angle between the light beams of the gyro 100 passes through zero (dφ/at-0). do. Therefore, the output signal is "zero speed crossing"
shows. This "zero speed crossing" is the same as described above.
位相角検出器80Gの出力信号は誤差信号要素900に
よ多処理される。この誤差信号要素900はサンプル・
序−ルド回路H4を含む。このサンプル・ボールド回路
は、位相角速度検出器1■0出力信号によシ示されてい
る零速度交差の時に1位相角検出器800の出力値を標
本化して保持する。The output signal of phase angle detector 80G is subjected to multiple processing by error signal element 900. This error signal element 900 is a sample
It includes an ordered circuit H4. This sample bold circuit samples and holds the output value of the 1 phase angle detector 800 at the zero velocity crossing indicated by the phase angular velocity detector 1*0 output signal.
位相角速麿検出器802は結合要素805を介してサン
プル・ボールド回路804へゲート信号を与える。誤差
信号要素900は信号処理器81sを含む。Phase angle velocity detector 802 provides a gate signal to sample bold circuit 804 via coupling element 805 . Error signal element 900 includes a signal processor 81s.
この信号処理器8T5はサンプル・享−ルド回路804
か←ジ」毫ゐ出力に応答するう誤差信号要素900の出
力は結合要素810を介してバイアス制御信号発生器8
32へ与えられる。このバイアス制御信号発生器832
はそれに与見られた信号に応答してバイアス制御信号を
発生する。This signal processor 8T5 is a sample/enjoy circuit 804.
The output of the error signal element 900 responsive to the bias output is connected to the bias control signal generator 8 via a coupling element 810.
Given to 32. This bias control signal generator 832
generates a bias control signal in response to a signal applied to it.
本発明の原理を述べた式(12) 、 (13) 、
(24)についてのa明KsPvhて、累積されたジャ
イロ出力角誤差は、零速度交差の時に2つの光ビームの
間の瞬時位相角がプラスマイナスπラジアンの選択され
た値だけ異なるものとすると、大幅に小さく場れること
を述べ九。菖8図に示されている閉ループ・バイアス装
置は式(17) 、 (18) 、 (19) Kよシ
説明した本発明の原理を適用するものであって、互いに
逆向きに過む2つのビームの間の瞬時位相角の引き続く
零交差における値は、二次微分−1φ/dt”oll性
と同じ極性を有し、かつ、引き続く2つのディザ−・サ
イクルすなわちバイアス反転サイクルにわたって累積さ
れたnツクイン誤差がは埋零となるように、プラスマイ
ナス−ラジアンの選択された値だ妙異表る(二次微分の
極性は機械的実施例におけゐディザ−角の同じ極性に一
歓する)。Equations (12), (13), which describe the principle of the present invention,
(24), the accumulated gyro output angular error is, assuming that the instantaneous phase angle between the two light beams differs by a selected value of plus or minus π radians at the time of zero velocity crossing. 9. It is stated that the field can be significantly smaller. The closed-loop biasing device shown in Figure 8 applies the principles of the present invention explained in equations (17), (18), and (19) K, and consists of two The value at successive zero crossings of the instantaneous phase angle between the beams has the same polarity as the second derivative -1φ/dt'' and is the n value accumulated over two successive dither cycles or bias reversal cycles. The selected value of plus or minus - radians is chosen so that the twin-in error is zero (the polarity of the second derivative corresponds to the same polarity of the dither angle in the mechanical embodiment). .
したがって、竜ンサ出力に含すれる四ツクイン誤差は零
まで大幅に減少させられる。第8図に示す閉ループバイ
アス装置を実現するための閉ループ制御Oj[理を第9
図のグラフで示す。この原理を説明するために%機械的
な)(イアス装置を再び用いる仁とKするが、電気的な
)(イアス鋏置%同様に用いることができる。この)く
イアス装置社電気機械的に動作させられゐ装置であって
、結合要素31は1つまたはそれ以上の板ばねまたはそ
の他OII似の結合l!素を備え、それによルレーザ・
ジャイロ100はジャイ胃入力軸26を中心として正の
向きと逆の向きに振動させられ、ディザ−運動を構成す
る。そのような系は前記したQの高いばね一質量系と仮
定される。Therefore, the four-in-one error contained in the sensor output is significantly reduced to zero. Closed loop control Oj to realize the closed loop bias device shown in FIG.
Shown in the graph of figure. To explain this principle, we will use the IAS device again (mechanical) (IAS device), but electrical) (IAS scissors installation) can be used in the same way. The actuated device is such that the coupling element 31 is one or more leaf springs or other OII-like couplings l! The laser
The gyro 100 is vibrated in the positive direction and in the opposite direction around the gyro input shaft 26, forming a dither motion. Such a system is assumed to be the high Q spring-mass system described above.
ある一定の入力ペース運動速度か存在し、かつある一定
のディザ−負振幅成長速度が存在するものと仮定する。Assume that there is a certain input pace movement rate and that there is a certain dither negative amplitude growth rate.
入力ペース運動速度をディザ−・サイクルIJ)Rカワ
ントとし、振幅成長速度をディザ−・サイクル当fiM
カワントとする。そうすると、米国特許1337365
0号に開示されているように、完全に正弦波状にディザ
−させられゐジャイロが、次のような引き続く最大と最
小のディザ−負振幅ム、/ム、、ム*/に、−1x2サ
イクルにわたって存在する。Let the input pace movement speed be the dither cycle IJ)R, and the amplitude growth rate be the dither cycle per fiM.
Kawant. Then, US Patent 1337365
As disclosed in No. 0, a fully sinusoidally dithered gyro has the following maximum and minimum dither negative amplitudes m, /m, , m*/ for -1x2 cycles. Exist throughout.
ム一:l1−3/4 (14M)
ム、wa+1/4(R−M)
ム、xP+1/4 (RAM)
ム、 =N+3/4 (M−1)
ことに%P#Nは正と負の最大ディザ−負振幅(カクン
ト)を表す。Mu: l1-3/4 (14M) Mu, wa+1/4 (R-M) Mu, xP+1/4 (RAM) Mu, =N+3/4 (M-1) In particular, %P#N is positive and negative. represents the maximum dither negative amplitude (kakunt) of .
とζで、第9図に水爆れるように/<ルスが加克られる
ものとする。それらO/<ルスの大きさXとY力げイザ
ー角振幅をx、y*砂氷久に増大させる。これは、/(
イアス装置が前記したqの高いばね一質量系である場合
の状況にほは類似するO第9図に示されてiるように、
I<ルスX、Y−に2つのディザ−・サイクルに同期し
て与えられる口振幅が「+X」の/<ルスか点11すな
わち正のディず一−サイクルのスタート時、で与えられ
、振幅「−X」のパルスが引き続(謔20正のディサ−
拳サイクルのスタート時である点3で与えられる。Assume that with Increase the magnitude of these O/< ruses, X and Y, to increase the Iser angle amplitude to x, y*sagaku. this is,/(
As shown in FIG. 9, the situation is very similar to the case where the Iass device is a high-q spring-mass system described above.
The amplitude given to I<Rus X, Y- in synchronization with the two dither cycles is given at point 11 of "+X", that is, at the start of the positive dither cycle, and the amplitude “-X” pulse continues (Year 20 positive disa-
It is given at point 3, which is the start of the fist cycle.
更に、第1のディザ−・サイクルの負の部分のスタート
時である点2で振幅が「十Y」のI(ルメー罵与えられ
、引き続く第2のディザ−11?イクルの角の部分のス
タート時である点4で振幅がr−YJのパルスが与えら
れる。前記したQの高いばね−質量系においては、動揺
すなわちランダム′IkII差がないと、ディザ−運動
は、](ルスXとYの太きさに依存する選択された値だ
け異なる値9間で交互に状われるビーク振幅を示す。X
とYが適切に選択されるならば、2つのビームの間の瞬
時位相角は 49ψ/d t”の同じ極性(同じディザ
−負極性)の引き続く2つの零速度交差に対して所定の
量、たとえば十πラジアンだけ異ならせることt!でき
る。Furthermore, at point 2, which is the start of the negative portion of the first dither cycle, an I (Lemay) with amplitude ``10Y'' is applied, and at the start of the subsequent corner portion of the second dither cycle. A pulse of amplitude r-YJ is applied at point 4.In the high Q spring-mass system described above, in the absence of perturbation or random 'IkII difference, the dither motion is shows the peak amplitude alternating between values 9 that differ by a selected value depending on the thickness of X.
If and Y are chosen appropriately, the instantaneous phase angle between the two beams is 49ψ/d t'' for two subsequent zero velocity crossings of the same polarity (same dither - negative polarity) by a predetermined amount, For example, it is possible to make the difference by 1π radians.
引き続く4つの零速度交差における引き続く4つの最大
振幅ム!、AltAl’ム4 に/<ルスx。Four successive maximum amplitudes at four successive zero speed crossings! , AltAl'm4 to/<Rusx.
Yが組合わせるとそれらは数学的に次のように表される
。When Y is combined, they are expressed mathematically as follows.
hl=P−3/4(14M)+X
As :N+1/4(R−M) +X−Y^、 =P+
1/4(14M)+X−Y−X=P+1/4(14M)
−YA =N+8/4(M−R)+(X−Y−X+Y
)=N+3/4(M−1)(25)
本発明の原理を適用すると、累積されているジャイロ出
力角誤差会は、それらの最大振幅がカワントの1/2だ
妙異なるとすると、引き続く2つのディず−・サイクル
に対して零tて大幅に小さくできる。最大振幅ム鳳、ム
l*A1#ム40間の関係は
ム、冨ム、−1/2 (26゜ム4−ム
、 −1/2
上記の条件を真として(25)式をx 、yKついて解
くと
x+yzM十翼+1 /2 (27)X
−Y!M−■+172
これから
x−v+1/2 (28)4
となる。hl=P-3/4(14M)+X As :N+1/4(RM) +X-Y^, =P+
1/4 (14M) + X-Y-X = P + 1/4 (14M)
-YA =N+8/4(M-R)+(X-Y-X+Y
) = N + 3/4 (M - 1) (25) Applying the principles of the present invention, the accumulated gyro output angle errors can be calculated by t can be significantly reduced for one dissipation cycle. The relationship between the maximum amplitude MU and MU*A1#MU40 is MU, FUMU, -1/2 (26° MU, -1/2) Assuming that the above conditions are true, equation (25) can be expressed as x, Solving for yK is x + yzM ten wings + 1 / 2 (27)X
-Y! M-■+172 From this, it becomes x-v+1/2 (28)4.
パルスXとYの振幅は広い変化範囲を有する必要はない
ことに注意きれた一〇その理由は、それらのパルスの強
さはカワントの任意の整数だけ変えられることができる
からである01賛なのけそれらのカクントの小数部だけ
である。したがって、X4!−Yの大きさくD−1/2
力?ン)から+1/2 カヮントの範囲で十分である。It should be noted that the amplitudes of pulses X and Y need not have a wide range of variation, since the strength of those pulses can be varied by any integer number of quanta. It is only the decimal part of those kakunts. Therefore, X4! -Y size D-1/2
Power? A range of +1/2 quanta is sufficient.
次に、 (27)式を任意の慣性入力運動とディザ−
/角根幅変化の任意の速度とのうちの少くとも一方にあ
てはめるように、パルスXとYの振幅が変調されると仮
定する。XとYのパルス発生器を変調するのに用iる適
当な誤差信号を決定するためにそれは残る。とくに%X
とYには量「宜」とry」だけ斜差があると仮定すると
、(28)式は次式のように変る。Next, we convert equation (27) into arbitrary inertial input motion and dither.
Assume that the amplitudes of the pulses X and Y are modulated such that the amplitude of the pulses X and Y is at least one of the following. It remains to determine the appropriate error signal to use to modulate the X and Y pulse generators. Especially %X
Assuming that there is a slope difference between and Y by the amount ``y'' and ry'', equation (28) changes to the following equation.
X = M + 1/2 千x
(29)
yxn+y
そうすると、
A、=P+1/4 (M−3B)+1/2十にム*
==N+3/4 (M R) 十x −y +1/2A
、 :P+1/4 (M−am ) −y (3
″))A4−N+3/4 (M−R)
か得られる。X = M + 1/2 thousand
==N+3/4 (MR) 10x -y +1/2A
, :P+1/4 (M-am) -y (3
″)) A4-N+3/4 (M-R) is obtained.
その結果として、
が得られる。そして、変調誤差「x」、「yJが導入さ
れるから、(加)式で表されるもはや尋式ではない。(
31)式の両辺の正弦をとると、自2π(ム4−ム8)
=幽2K(x−y)ム=Iまたはθ+1/8であるから
、(り式が等いということを用いて、
ム凰=01−1 +1/8
ム、=0.十起+1/8
ムs =Os g + 1/8
ム4ζ04 +g+ 1/8
となる。こζに、0□e am # o、* o、は4
つの引き続く零速度交差における瞬時ジャイ四出力位相
角を表す。これを(32)弐に代入すると次式が得られ
る。As a result, we get . Then, since the modulation errors "x" and "yJ" are introduced, the expression expressed by the (addition) equation is no longer the Hiron expression. (
31) If we take the sine on both sides of the equation, we get 2π(M4-M8)
= Yu2K(x-y) Mu=I or θ+1/8, so (using the equations being equal, Mu=01-1 +1/8 Mu, = 0.10+1/8 m s =Os g + 1/8 m4ζ04 +g+ 1/8.In this ζ, 0□e am # o, * o is 4
represents the instantaneous gyro output phase angle at two consecutive zero speed crossings. Substituting this into (32)2 yields the following equation.
5ia2π(0301)mgb+2g(x+y)1に1
2ti04−o2)=幽2g(y−x)これらの式の左
辺を展開すると、
(dg+2f03)(am2t01)−(am2g03
)(m2ro1)=gk+21f(x+y)
(m2r04)(co+2r02)−(am2i04)
(slo2r02)f33)弐によシ、引き続く4つの
零速度交差における、互いに逆向きに進む光ビームの間
の瞬時ジャイロ出力位相の正弦値と余弦値に依存する誤
差変量rxJとryJを決定するための一対捌立方程式
が得られる。01 e Om e O,# 04の三角
間融の値が、第1図に示されているように、検出器22
1゜22bの出力端子に得られる。それらの検出量は干
渉しまの間隔の174だ叶隔てられている。この間隔に
より、一方の検出器は光ビームの間の瞬時ジャイロ出力
位相角の正弦値を表し、他方の検出器はその位相角の余
弦値を表す。もちろん、その干渉しまの間隔の4分の1
という値にF!ある許容額差があり、そのために無視は
できるが小さな誤差が生ずることになる。5ia2π(0301)mgb+2g(x+y)1 to 1
2ti04-o2)=yu2g(y-x) Expanding the left side of these equations, we get (dg+2f03)(am2t01)-(am2g03
) (m2ro1) = gk + 21f (x + y) (m2r04) (co + 2r02) - (am2i04)
(slo2r02) f33) Second, to determine the error variables rxJ and ryJ that depend on the sine and cosine values of the instantaneous gyro output phases between the light beams traveling in opposite directions at four successive zero-velocity crossings. The pairwise equation of is obtained. 01 e Om e O, # 04 is detected by the detector 22 as shown in FIG.
It is obtained at the output terminal of 1°22b. Their detected amounts are separated by 174 degrees of interference stripe spacing. This spacing allows one detector to represent the sine value of the instantaneous gyro output phase angle between the light beams and the other detector to represent the cosine value of that phase angle. Of course, one quarter of the interval between the interference stripes
F for the value! There is a certain tolerance difference, which results in a small but negligible error.
ここで、検ffja22ao、出力が2つのビームの関
の位相角の正弦を表し、検出器22−の出力がその同じ
位相角の余弦を表すものと仮定する。出力が次式で表さ
れるものとする。Assume now that the output of detector 22ao represents the sine of the phase angle of the two beams, and that the output of detector 22- represents the cosine of that same phase angle. Assume that the output is expressed by the following equation.
Uれ冨ム−2K(On+α)
VneBw2π (On+β)
ことに、nは引き続く零速度交差における振幅番号1,
2,3.4である。In particular, n is the amplitude number 1 at the subsequent zero speed crossing,
2,3.4.
名目上はムx B、α=βである。ことに、ム、IIは
検出器22m、22−の利得値を表し、α、/は1/4
干渉じま間隔の位相角許容−差を表す。ここで、判別式
関数U、V、−(J、v、とU4v、 −U、 V4に
ついて考えることKする。ム、B、α、βには制限がな
いから、
8、 yυg’q@−〇1VtkB(*2”(03+α
)(2)2π(Of+β)−gh+2g(01+α)(
2)2K(03+β))
8@e=U4V@ U、V4=kB(*21K(04
+α)(2)2π(02+β)−−2π(02+α)(
2)2g(04+β))
三角関数の公式から、81と8■のそれぞれの右辺4次
のようKなる。Nominally, M x B, α=β. In particular, m, II represents the gain value of the detectors 22m, 22-, and α, / is 1/4
Represents the phase angle tolerance difference between interference fringes. Here, consider the discriminant functions U, V, -(J, v, and U4v, -U, V4. Since there is no limit on B, α, and β, 8, yυg'q@- 〇1VtkB(*2”(03+α
)(2)2π(Of+β)−gh+2g(01+α)(
2) 2K(03+β)) 8@e=U4V@U, V4=kB(*21K(04
+α) (2) 2π(02+β)−−2π(02+α)(
2) 2g(04+β)) From the trigonometric formula, the right-hand sides of 81 and 8■ are 4th-order K.
81x、iBmb2g (o3−ol)am2g (α
−β)8章=^Blo2π(o4−02)w2π(lα
−β)したかって、
81−ムBw2πCα十β)th2K(o3−01)社
ムB as 2 K (α−β)*2K(X+F)8茸
=五Bw2g(α−β)*2π(y x)=ムB(2
)2π(α−β)gln2π(y−x)とな暑oここで
1yとXがかなシ小言いものとすると
J ==K(x+y)
8I =K(y−x)
と書くことができる。ここに、K=2π^B(2)2π
(α−β)である。したがって、
x= (81−8= ) / 2 K
F” (L +8! )/2に
となる。XとyはXとYにおける誤差を表すから、er
7)式で表される左右両辺を尋しく保ち、引き続く2つ
のディザ−・サイクルにわたって累積されたジャイロ出
力角1差がほぼ零であるように1正しいパルス振幅X、
Yを得る九h6KFiX 、yからそれぞれr、yを差
し引かねばならない、すなゎち、
X’ = X x = X−(8,−8s )
/2KY’= Y y= Y−(L −Hz )
/2にこのことは、誤差が零の信号の場合にはXとy#
i一定値忙保たれ、それ以外の場合には、誤差信号によ
シ指令されてパルス振幅x、yを変調するためにx、y
は増分x、yを加−された)、増分を減算されたヤして
修正されることを意味する。81x, iBmb2g (o3-ol) am2g (α
-β) Chapter 8 = ^Blo2π(o4-02)w2π(lα
-β) Therefore, 81-muBw2πCα1β)th2K(o3-01)shamuBas 2K (α-β)*2K(X+F)8 mushrooms=5Bw2g(α-β)*2π(y x )=muB(2
)2π(α-β)gln2π(y-x)Here, if 1y and . Here, K=2π^B(2)2π
(α−β). Therefore, x= (81-8= ) / 2 K F" (L + 8! ) / 2. Since X and y represent the errors in X and Y, er
7) Keep both the left and right sides expressed by the equation correct, and set the correct pulse amplitude X so that the gyro output angle difference accumulated over two subsequent dither cycles is approximately zero
To obtain Y9h6KFiX, we must subtract r and y from y respectively, i.e., X' = X x = X-(8,-8s)
/2KY'= Y y= Y-(L-Hz)
/2 This means that for a signal with zero error, X and y#
i is kept constant, otherwise x, y is used to modulate the pulse amplitude x, y as commanded by the error signal.
means that it is modified by adding the increment x, y) and subtracting the increment.
誤差信号S1と81は三角多値あいまいさくtrIgo
nom@tr lc multlvalua ambl
gulty)を有するととに注意されたい。すなわち、
誤差信号は、2つの振幅(81の場合には01と01で
、8゜の場合には04と0.である)が1/2カワント
異々る時ばかシでなく、両方の振arが等しい時も誤差
信号はなくなる。いいかえると、Xmlのための零訓差
信号も、172カウントの誤差がある噛戻される。した
がって、時には誤差信号を1/2カワントだけ大きくす
る必要がある。このあいまいさは、別のアナログ計x’
を行うことKよって識別できろうすなわち、
Gw(J□+U@ + V1+Va1(==[J、
+[J4+ V、+V4Gがあるしきい飴をこえたと
すると(たとえば、G>1/2(^+B) ) s、に
1/2カワントを加え1Hがあるしきい値をこえたとす
ると8 m K” 1/2カクントを加える。The error signals S1 and 81 are triangular multilevel ambiguity trIgo
nom@tr lc multivalue ambl
Please note that the term ``gulty''. That is,
When the two amplitudes (01 and 01 in the case of 81, and 04 and 0. in the case of 8°) differ by 1/2 quant, the error signal is not trivial; Even when they are equal, there is no error signal. In other words, the zero difference signal for Xml is also fed back with an error of 172 counts. Therefore, it is sometimes necessary to increase the error signal by 1/2 quart. This ambiguity is explained by another analog meter x'
That is, Gw(J□+U@+V1+Va1(==[J,
+[J4+ V, +V4G exceeds a certain threshold value (for example, G>1/2(^+B)) Add 1/2 kawant to s, and if 1H exceeds a certain threshold value, 8 m K ” Add 1/2 kacunto.
第1θ図には本発明の原理を用いて−る閉ループ誤差打
ち消しバイアス装置の第8図よシ詳しいブロック図であ
る。この閉ループ誤1打ち消しバイアス&ifは第8図
に示すバイアス装置と同様に動作し、#!9図を参照し
て説明した制御法と、(2θ式についての制御技法を利
用する。第1O図に示す閉ループ・バイアス装置は、第
5,8図に示されているのに類似のQの高いばね一質量
系を示す電気模様的なバイアス装置であると仮定する。FIG. 1.theta. is a more detailed block diagram of a closed loop error cancellation biasing device employing the principles of the present invention than in FIG. This closed loop error 1 cancellation bias &if operates in the same way as the bias device shown in FIG. 8, and #! Utilizing the control method described with reference to FIG. Assume an electropattern biasing device exhibiting a high spring-mass system.
第10図において、リング・レーザeジャイロ800は
バイアス装置30から結合11I素31を介して横様的
にバイアスされる。バイアス装[31tバイアス制御信
号発生器832から与えられるバイアス制御信号によシ
制御される。第10FkJO閉ループバイアス装置10
は誤差信号発生1ssooを含む。In FIG. 10, ring laser e-gyro 800 is laterally biased from biasing device 30 through coupling 11I element 31. In FIG. The bias device [31t] is controlled by a bias control signal provided from a bias control signal generator 832. 10th FkJO closed loop bias device 10
includes error signal generation 1ssoo.
この誤差信号発生器900は、互いに逆向きに進む2つ
のビームの間のジャイロ出力位相角関係に応答して誤差
信号をバイアス制御信号発生器83?−与える。これに
よシこの閉ループ制御装置が完結場れる。The error signal generator 900 biases the error signal to the control signal generator 83? in response to the gyro output phase angle relationship between the two beams traveling in opposite directions. -Give. This completes the closed loop control system.
バイアス#IJ御信号発生器832は加算器836と、
Xパルス発生器835と、Yパルス発住&837とで構
成される。加算器8311a、第3図の第1の信号発生
器34に類似する信号発生器834からの出力信号を加
え合わせる。X/<ルス発庄器83結Yパルス発生器8
37はパルス信号を発生する。それらのパルス信号は加
算器836によシデイザー信号発生器834の出力信号
に加え合わされる。加算器836の出力はバイアス制御
信号発生器$32からのバイアス制動信号であって、バ
イア横置30に与えられる。The bias #IJ control signal generator 832 includes an adder 836;
It consists of an X pulse generator 835 and a Y pulse generator &837. Adder 8311a adds the output signals from signal generator 834, similar to first signal generator 34 of FIG. X/<Russ generator 83 connection Y pulse generator 8
37 generates a pulse signal. These pulse signals are added to the output signal of the dizer signal generator 834 by a summer 836. The output of summer 836 is the bias damping signal from bias control signal generator $32 and is applied to via lateral 30.
バイアス信号発生器832は誤差信号発生器S@から誤
差信号を受ける。こOw4差信号発生aso。Bias signal generator 832 receives an error signal from error signal generator S@. This Ow4 difference signal generation aso.
は信号処理器875と、サンプル・ホールド・ゲー)8
04m、804bと、信号格納装置807m、807k
を含む。信号処理器815は、互いに逆向きに違む2つ
の光ビームの間のジャイロ出力位相角に応答して位相角
データを処理し、Xパルス発生詐835を変調する出力
誤差信号χと、Yパルス発生器831を変調する誤差信
号yを発生する。is a signal processor 875 and a sample/hold game) 8
04m, 804b and signal storage device 807m, 807k
including. The signal processor 815 processes phase angle data in response to the gyro output phase angle between two oppositely different light beams, and outputs an output error signal χ that modulates the X pulse generator 835 and the Y pulse. Generates an error signal y that modulates a generator 831.
第10図のバイアス装置は第8図に示されているバイア
ス装置と同様に1、はぼ零速度交差において、互いに逆
向IK進む2つの光ビームの位相角φの値を必要とする
。更に、第1O図の装置で用いられる前記制御法は、・
零速度交差にお叶る位相角の正弦値と余弦値を利用する
。第40図で、レーザ・ジャイロ100(第1図)に類
似するレーザ・ジャイロ800には光検出器22ae2
2bが設けられる。光検出器22ae22bは干渉し壕
パターンの間隔の1/4の距離だけ互いに隔てられて、
2づのビームの間の位相角の正弦と余弦を示す信号を発
生する位相角検出器を構成する。光検出器22mの出力
端子は時間微分回路845畠を介して窓比較器841に
結合され、光検出器22にの出力端子は時間微分回路8
45bを介して窓比較843に結合さ鴻。The biasing device of FIG. 10, like the biasing device shown in FIG. 8, requires a value of the phase angle φ of two light beams traveling in opposite directions IK at approximately zero velocity crossing. Furthermore, the control method used in the apparatus of FIG.
Use the sine and cosine values of the phase angle that correspond to the zero speed crossing. In FIG. 40, a laser gyro 800 similar to laser gyro 100 (FIG. 1) includes a photodetector 22ae2.
2b is provided. The photodetectors 22ae and 22b are spaced apart from each other by a distance of 1/4 of the distance between the interference trench patterns.
A phase angle detector is constructed that generates signals indicative of the sine and cosine of the phase angle between the two beams. The output terminal of the photodetector 22m is coupled to the window comparator 841 via the time differentiation circuit 845, and the output terminal of the photodetector 22 is connected to the time differentiation circuit 845.
45b coupled to window comparison 843.
これらの窓比較器の出力端子はアンド回路844によシ
論理的に結合される。窓比敏41841と843%微分
器845aと845 bsおよびアンド−ゲート回路8
44は館8図に示されてiる位相角速度検出器8020
機能を行う。The output terminals of these window comparators are logically coupled to an AND circuit 844. Window Hikini 41841, 843% differentiator 845a and 845 bs and AND-gate circuit 8
44 is a phase angular velocity detector 8020 shown in Figure 8.
perform a function.
第10図に示されているように、誤差信号発生器SOO
のサンプル・ホールド回路1104m、804にはアン
ドゲート844の出力によシゲート制御される。サンプ
ル・ボールド回路804mへは光検出器220の出力が
与えられ、サンプル・牢−ルト°回路804bへは光検
出器22bの出力が与えられる。各サンプル・ボールド
回路804息、804bの出力は一時的な格納装置80
7 a p 80 T kへそれぞれ与え練る。それら
のサンプル・ボールド回路と一時的な格納装置はアナロ
グ型、デジタル型またはその組合わせで構成できるが、
ここでは1明のために、サンプル・ボールド回路110
4m、804b の出力社光検出齢22a*22bの
デジタル表現と考えることにする。格納装置807m、
807bは通常のデジタル・メモリ回路と仮定する。As shown in FIG. 10, the error signal generator SOO
The sample and hold circuits 1104m and 804 are gate-controlled by the output of an AND gate 844. The output of the photodetector 220 is applied to the sample bold circuit 804m, and the output of the photodetector 22b is applied to the sample bold circuit 804b. The output of each sample bold circuit 804, 804b is stored in temporary storage 80.
7 a p 80 T k each and knead. Their sample bold circuits and temporary storage can be analog, digital, or a combination thereof;
Here for 1 Ming, a sample bold circuit 110
4m, 804b It will be considered as a digital representation of the output company photodetection age 22a*22b. Storage device 807m,
It is assumed that 807b is a normal digital memory circuit.
一時的格納装置807m、8G7bの出力は餌差信号発
生器の信号処理器875によシ処理される。信号処理器
875は、(25賦におけるXとyを示す出力制御誤差
信号をとシ出すために、(25)式につ−て先に説明し
た計算を行う。誤差信号X e 7はXパルス発生器8
35とYパルス発生器837にそれぞれ与えられる。誤
差信号X、7は、前記したように、Xパルス発生器83
5とYパルス発生器831の出力パルス信号の大きさを
それぞれ変調するための閉ループ制御WA差信号である
。The outputs of the temporary storage devices 807m and 8G7b are processed by the signal processor 875 of the bait difference signal generator. The signal processor 875 performs the calculation described above using equation (25) in order to output an output control error signal indicating X and y in (25 stages). Generator 8
35 and Y pulse generator 837, respectively. The error signal X,7 is generated by the X pulse generator 83 as described above.
5 and Y pulse generator 831, respectively.
窓比較器841,843は互いに類似しているから窓比
較器841だ叶を説明する。第10a図に示されている
のは窓比較器を構成するための一実施例である。第10
a図を参照して、窓比較器$41は比較器842aと8
42bで構成される。比較器842m 。Since window comparators 841 and 843 are similar to each other, window comparator 841 will be explained. Illustrated in FIG. 10a is one embodiment for constructing a window comparator. 10th
Referring to figure a, window comparator $41 is connected to comparators 842a and 842a.
42b. Comparator 842m.
842bは2つの信号のレベルを比較するために簡単な
比較器として用いられゐ通常の演算増幅器その他の装置
とすることができる。イ鞍器842aの正入力端子には
微分器8451の出力端子が接続される。微分器845
aの出力線比較器1142!Iの反転入力端子へも接続
される。比較器842bの反転入力端子は基準電圧1”
+」K41続され、比較器842−の非反転入力端子は
基準電圧r−JK接続される・比較器842m、842
bの出力はノアゲー)114@に組合わされる。842b is used as a simple comparator to compare the levels of the two signals and can be a conventional operational amplifier or other device. The output terminal of the differentiator 8451 is connected to the positive input terminal of the saddle device 842a. Differentiator 845
Output line comparator 1142 of a! It is also connected to the inverting input terminal of I. The inverting input terminal of the comparator 842b has a reference voltage of 1"
+'K41 is connected, and the non-inverting input terminal of the comparator 842- is connected to the reference voltage r-JK.Comparators 842m, 842
The output of b is combined with the Noah game) 114@.
次に1窓比較器841の動作を説明する。光ビームの間
に十分な速度(dφ/dt)の絶えず変化する位相が存
在する限シは、位相微分器845aO出力は正または負
であシ、その大きさは、十分く小さい量であるCのよう
な予め選択されている値よ〕亀大きい。この状況におい
ては、比較器12&#842にのいずれか一方(ただし
双方ではない)の出力は論理1(「IJ に対応する高
い電圧レベルである。ノアゲート84sの出力は、この
状況においては論理0(rOJ)である。一方、零速度
交差dψ/dtが零である間は、微分器8451の出力
は正または負のeの値よシ低い値まで低下し、比較器8
42aと842にの出力線「0」となる。この状況にお
いてはノアゲート210の出力は「1」となる。Next, the operation of the one-window comparator 841 will be explained. As long as there is a constantly changing phase of sufficient velocity (dφ/dt) between the light beams, the phase differentiator 845aO output can be positive or negative and its magnitude is a sufficiently small amount C. A pre-selected value such as 〕Turtle is large. In this situation, the output of one (but not both) of comparators 12 and 842 is a logic 1 (high voltage level corresponding to IJ).The output of NOR gate 84s is a logic 0 in this situation. (rOJ). On the other hand, while the zero speed crossing dψ/dt is zero, the output of the differentiator 8451 decreases to a value lower than the positive or negative value of e, and the output of the comparator 8451 decreases to a value lower than the positive or negative value of e.
The output lines to 42a and 842 become "0". In this situation, the output of NOR gate 210 is "1".
窓比較器843祉位相微分器845bの出力端子に接続
される。この窓比較器843は光検出器22mの出力に
応答して、窓比較器843について述べたのと同様な動
作を行う。すなわち、光ビームの間の位相角の変化率が
窓比較器のしきい値よシも高い時には窓比較器843の
出力は常K「0」であ〕、位相角の変化率がしきい値C
よシ低い時は「1」である。The window comparator 843 is connected to the output terminal of the phase differentiator 845b. This window comparator 843 performs the same operation as described for the window comparator 843 in response to the output of the photodetector 22m. That is, when the rate of change of the phase angle between the light beams is higher than the threshold value of the window comparator, the output of the window comparator 843 is always K "0"], and the rate of change of the phase angle is higher than the threshold value. C
When it is low, it is "1".
次に1第10図に示す閉ループ・バイアス装置の動作に
ついて1明する。光検出器22as22bが干渉じまパ
ターンの間隔の約174だけ隔てて配置される。光検出
器22&の出力は互いに逆向きに進む2つの光ビームの
間の位相角の正弦と考えることができ、光検出器22に
の出力は同じ光ビームの間の位相角の余弦を表すものと
考えることができる。Next, the operation of the closed loop bias device shown in FIG. 1 will be explained. The photodetectors 22as22b are arranged at a distance of about 174 times the distance between the interference fringe patterns. The output of photodetector 22& can be thought of as the sine of the phase angle between two light beams traveling in opposite directions, and the output of photodetector 22 represents the cosine of the phase angle between the same light beams. You can think about it.
零速度交差においては、比較器141,843の出力は
「1」である。その理由は、その位相角の時間費化率が
零であるから+1と−6の間の値だからである。この状
況では、窓比較器841,848の各出力がrlJ で
あるから、アントゲ−ドロ44の出力は「l」である、
しかし、他の全ての状況においてはアンドゲート44の
出力はrOJであって絶えず加えられるディザ−運動を
行う、アントゲ−) 844の出力が「0」から「l」
へ変化すると、サンプル・ボールド回路804a、11
04bがゲート制御され、その入力端子に何が与えられ
てもその入力は標本化され、次の零速度交差に起るもの
である次のゲート制御が行われるまで一時的に保持され
る。したがって、サンプル・牢−ルド回路が、各零速度
交差が発生された時に光ビームの間の位相角の正弦と余
弦をそれぞれ表す光検出器22a。At the zero speed crossing, the output of comparator 141, 843 is "1". The reason is that the time cost ratio of the phase angle is zero, so the value is between +1 and -6. In this situation, since each output of the window comparators 841 and 848 is rlJ, the output of the Antogedro 44 is "l".
However, in all other situations, the output of the AND gate 44 is rOJ, which performs a constantly applied dithering motion, as the output of the AND gate 844 changes from ``0'' to ``L''.
sample bold circuit 804a, 11
04b is gated and whatever is applied to its input terminal is sampled and held temporarily until the next gate, which occurs at the next zero speed crossing. Thus, the sample-and-prison circuit represents the sine and cosine, respectively, of the phase angle between the light beams at photodetector 22a when each zero velocity crossing occurs.
22bの出力を光検出器22ae22bが標本化する。A photodetector 22ae22b samples the output of the detector 22b.
サンプル・牢−ルド回路804m、8041+ の出力
は格納装置807a、80rbK:格納され、その後で
信号処理器900によシ適切に処理される。The outputs of the sample and jail circuits 804m, 8041+ are stored in the storage devices 807a, 80rbK, and then processed appropriately by the signal processor 900.
信号処理器900は、引さ続く零速度交差において光検
出器22a*22bからの瞬時位相角を組合わせて、(
34)式を参照して説明したよう圧して、出力制御製差
信号Xとyを与える。信号処理器815は、式c羽)K
ついて説明した時に連立方寝式の解につiて説明したよ
うな算術演算を行えるものであれば、信号処理装置13
7Bはアナログ諷とデジタル型のいずれの製式のもので
も用いることができる。The signal processor 900 combines the instantaneous phase angles from the photodetectors 22a*22b at subsequent zero velocity crossings to obtain (
34) Apply pressure as described with reference to equations to provide output control differential signals X and y. The signal processor 815 uses the formula c)K
The signal processing device 13 can be used as long as it can perform arithmetic operations such as those described in connection with the solution of the simultaneous sleep formula i.
7B can be used in both analog and digital formats.
説明を続けるに際して、互いに逆向きに進む2つのビー
ムの間の、ディザ−・サイクルの各部分における瞬時位
相角に関連する、引き続く零速度交差の「優性」を識別
することが重要である。以後、引き続く正の零速度交差
のことをdlφ/dllが正である零速度交差と呼び、
d1φ/d t”が負である零速度交差と呼ぶ仁とにす
る。機械的なバイアス装置においては、正と負の零速度
交差は回転の向きが第1の向きから第2の向きへ変化す
る時刻と、回転の向きが第2の向きから第1の向きへ変
化する時刻にそれぞれ一致する。第9図を参照して、た
とえば、引き続く正の零速度交差はディザ−負振幅ム8
.五sK対応し、引き続く負の零速度交差はディザ−負
振幅ム■ 、ム4に対応する。Continuing with the discussion, it is important to identify the "dominance" of subsequent zero velocity crossings in relation to the instantaneous phase angle during each portion of the dither cycle between two beams traveling in opposite directions. Hereinafter, successive positive zero speed crossings will be referred to as zero speed crossings where dlφ/dll is positive,
d1φ/dt'' is negative. In a mechanical bias device, positive and negative zero speed crossings are when the direction of rotation changes from the first direction to the second direction. and the time at which the direction of rotation changes from the second direction to the first direction, respectively.Referring to FIG.
.. 5 sK, and the subsequent negative zero speed crossings correspond to dither negative amplitudes M1 and M4.
仁こで、慣性入力運動が無く、バイアス制御信号発生器
1132がバイアス制御信号をバイアス装置3゜へ与え
て、引き続く同符号の2つの各零速度交差(すなわち、
正または責の零速度交差)Kおける2つのビームの間の
瞬時位相角が正確に2分の1カワント、または±πクジ
アンだけ異層るようkする。仁の状況においては、出力
信号x、yは零でTo〕、Xパルス発生器83sとYパ
ルス発生器837が一定の11で、第3gを参照して、
累積ジャイロ出力角誤差かは埋零であるような第311
に関連する式について先に述べたように動作する。At this point, there is no inertial input motion and the bias control signal generator 1132 provides a bias control signal to the bias device 3° for each of two subsequent zero speed crossings of the same sign (i.e.
positive or negative zero-velocity crossing) k such that the instantaneous phase angles between the two beams at K differ by exactly one-half quart, or ±π Kudian. In the current situation, the output signals x, y are zero and To], the X pulse generator 83s and the Y pulse generator 837 are constant 11, referring to 3rd g,
The 311th case where the cumulative gyro output angle error is zero
behaves as described above for expressions related to .
こむで、第1O図に示す装置内にいくらかの慣性入力運
動が存在するような状況における、第1O図に示す閉ル
ープ・バイアス装置の応答を説明する。仁の状況におい
ては、同じ符号の引き続く2つの零速度交差の間の瞬時
位相角はもは中上「ラジアンだけは異ならない。この状
況においては、信号処理器sOOはXパルス発生器83
!SのXの値と、Yパルス発生器8370yの値を変調
するえめに適切なX信号値とy信号値を迅速に与えるか
ら、Xとyの値は再び零にされる。したがって、同じ符
号の引き続く零速度交差に対する光ビームの間のt相角
が±πラジアンだけ異って、2つのディザ−・サイクル
にわたって累積された全誤差がは埋零になるようにル−
ザ・ジャイロの丸めのバイアス装置を閉ループ動作させ
るために必要とされる閉ループ誤差信号をXと1は与え
る。もちろん、これは、センサの出力Ki!!1まれる
ロックイン誤差も零までほぼ減少させられることを意味
する。We will now discuss the response of the closed loop biasing device shown in FIG. 1O in situations where there is some inertial input motion within the device shown in FIG. 1O. In this situation, the instantaneous phase angles between two successive zero-velocity crossings of the same sign no longer differ by radians. In this situation, the signal processor sOO is
! Since the appropriate X and y signal values are quickly provided to modulate the X value of S and the value of Y pulse generator 8370y, the X and y values are again zeroed. Therefore, the rules are such that the t-phase angles between the light beams for successive zero velocity crossings of the same sign differ by ±π radians and the total error accumulated over two dither cycles is zero.
X and 1 provide the closed loop error signal needed to operate the gyro's rounding bias system in closed loop mode. Of course, this is the sensor output Ki! ! This means that the lock-in error caused by 1 is also reduced to almost zero.
終シまで(25)弐によシ記述され、第10図に示す実
施例に’aまれている制御技術は、本発明の原理を実施
するための帰還バイアス装置の所期の僚能を得ることが
可能な各種の制御技術のうちの一例にすぎないことに注
意すべきである・と<ttC。The control technique described in (25) and illustrated in the embodiment shown in FIG. It should be noted that this is only one example of the various control techniques that can be used.
−差信号発生器900とバイアス制御信号発生器832
との組合わせは、以前に起きた、時計g1シのビーク・
ディザ−角にシける瞬時位相角と、逆時計回シのビーク
・ディザ−角における瞬時位相角を基にして、それらの
瞬時位相角を制御しなければならない。誤差信号発生器
900と、それKmされ九制御計量tcよシ、引き続く
零速度交差値が、リング・レーザ・ジャイGIK通常伴
う出力信号中のロックイン誤差を大幅に小さくするよう
に1(19)弐に従って所定の値を持たせられる。更に
1以上説明した実施例では機械的バイアス接衝を用いる
ものKついて説明したが、ロックイン誤差減少に前記し
たように電気/光学的技術を用いることもできる。以上
説明したロックイン誤差減少は零速度交差位相角情報を
用いるものについて説明したが、他の選択された位相速
度点も選択できる。これは本発明の技術的範囲内である
。- difference signal generator 900 and bias control signal generator 832;
The combination with the beak of the watch g1shi, which happened previously,
The instantaneous phase angles must be controlled based on the instantaneous phase angle at the dither angle and the instantaneous phase angle at the counterclockwise beak dither angle. The error signal generator 900 and the nine control metrics tc and the subsequent zero speed crossing values are such that the lock-in error in the output signal typically associated with a ring laser sensor 900 is significantly reduced (19). It can have a predetermined value according to 2. Furthermore, although one or more of the described embodiments have been described using mechanically biased contact, electrical/optical techniques, as described above, may also be used to reduce lock-in errors. Although the lock-in error reduction described above uses zero velocity cross phase angle information, other selected phase velocity points can also be selected. This is within the scope of the invention.
第1図は従来のりング・レーザ角速度センナの線図、第
1a図は第1図のセンナで用iられる位相角検出器の一
例の線図、第211はディザ−されるセンサのディザ−
角と時間の関係を示すグラブ、第3図は本発明の一実施
例のブロック図、第4図例のブロック図、第7図はディ
ザ−角対時間プクス慣性入力運動のグラフ、第8図は本
発明の原理を用いる閉ループ帰還バイアス装置のブロッ
ク図、の詳しいブロック図、第11図は第1図に示すよ
うな種類のセンナに固有のロックイン誤差のグラブであ
る。
30・・・・バイアス装置、32 、532,632゜
832・・・・バイアス制御信号発生器、34.35・
・・・信号発生器、537・・・・パルス発生器、63
4・・・・ランダム振幅発生器、800・・・・位相角
検出器、802・・・・位相角速度検出器、804@・
・龜サンプル11示−ルド回路、875・・−・信号処
理器、841,843・・拳・窓比較器。
特許出願人 ハネウェル・インコーボレーテツド復代
理人 山 川 政 樹(ほか1名)図面の浄書(内容に
変更なし)
Itch、 2
Fte:;、 4
Fta、5
Ftcy、 6
Ftcy、9
Ftc;、 11
FtO,θ
特許庁長官殿 NN *57.右、13
81、事件の表示
昭和珂年特 許願第11’7G33号2、全EIFI
の名称
丙沫−伎t>す
3、補正をする者
事件との関係 特 許出願人乏mの日付
昭和町年10 月乙6日゛−こ
G4補正の対象
、図 面
41Fig. 1 is a diagram of a conventional ring laser angular velocity sensor, Fig. 1a is a diagram of an example of a phase angle detector used in the sensor of Fig. 1, and Fig. 211 is a diagram of a dithered sensor.
A graph showing the relationship between angle and time; FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention; FIG. 4 is a block diagram of an example; FIG. 7 is a graph of dither angle versus time pixel inertial input motion; FIG. 11 is a detailed block diagram of a closed loop feedback biasing device employing the principles of the present invention; and FIG. 11 is a grab of the lock-in error inherent in a sensor of the type shown in FIG. 30...Bias device, 32,532,632°832...Bias control signal generator, 34.35.
... Signal generator, 537 ... Pulse generator, 63
4...Random amplitude generator, 800...Phase angle detector, 802...Phase angular velocity detector, 804@...
- Gun sample 11 indicator circuit, 875... Signal processor, 841, 843... Fist/window comparator. Patent applicant: Honeywell, Inc., sub-agent Masaki Yamakawa (and one other person) Engraving of drawings (no changes to the content) Itch, 2 Fte:;, 4 Fta, 5 Ftcy, 6 Ftcy, 9 Ftc; 11 FtO, θ Commissioner of the Patent Office NN *57. Right, 13
81, Indication of the case 1999 patent application No. 11'7G33 2, all EIFI
3. Relationship with the case of the person making the amendment Date of the patent applicant
Showa Town, October 6th, 2019 - Subject of G4 correction, drawing 41
Claims (1)
てほけ進むような角速度センサてあって、前記合波の振
動数は前記閉ループ路の回転速度のlI数であシ、前記
波の間には前記閉ループ路の回転速度の関数である位相
間Sが存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角に
関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含む
第1のセン?儒号を発生する前記角速度セン′すにおい
て、前記波の間の前記位相関係の位相φが、dφ/dt
の選択された値が生ずゐ時が選択されて起きた時に%1
11の値と第20値を交互にとるように少〈と4l−)
0前配波を費えることがてきるバイアス装置を備えるこ
とを特徴とする角速度センナ。 (212つのtItが互いに逆向きに閉ループ路に沿っ
てはP!進むような角速度センナであって、前記合波の
振動数は前記閉ループ路の回転速度のa動〒龜シ、前記
波の間には前記閉ループ路の回転速度の関数である位相
関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角に
関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含む
#lのセンサ信号を発生する前記角速度センサにおいて
、少くとも1つの前記波の振動数を変えるために)(イ
アス制御信号を受叶る嘱うにたっている端子を有する)
くイアス装曾であって、前記波の間の前記位相M係の位
相が、dφ/dtの値が零であって、d”94?/di
”の対応する値が同じ極性である時に、第1と第2の値
を交互にとるように、前記ノ(イアス装置を制御できる
亀のである前記バイアス装置と、前記)(イアス”制御
信号を発生するI(イアス信号発生雛と、を儒え、この
バイアス信号発生器は、前記波の間の振動数差が第1の
周波数で周期的に変るように1少くとも1つの前i波の
前記振動数を周期的Kmえるための第1の信号を発生す
る第1の信号器と、前記波の間の振動数差が第2の周波
数て周期的に費るように1少くとも1つの前記波の前記
振動数を周期的に費えるためめ第1の信号を発生する第
2の信号器と、前記第1の信号と前記第2の信号を加え
合わせて前記バイアス制御信号を発生する加算器とを備
え、前記バイアス装置は、dφ/diの選択された#L
が生じ走時が選択されて起1i走時に前記位相が第1の
値と第2の値を交互にとって、前記第1のセンナ・信号
中OVaツクイン譲差を十分に小さくするように1前記
バイアス装置は前記パイアメ制御信号に応答して前記位
相に作用を及ぼすヒとを特徴とする改良された角速度セ
ンナ。 (S閉ループ路の周囲を#trt達むことができゐ亙い
に逆向き#C過む2つのほぼ単一振動数の電磁放射波ビ
ームを支持する支持要素と、位相角検出器と、バイアス
装置と、バイアス制御信号発生器と、を備え、前記合波
の振動数は前記閉ループ路の回転速度のra数であシ、
前記波の間には前記閉ループ路の回転速度の関数である
位相関係が存在し、前記位相角検出器は前記波O間の前
記位相関係の位相ψに関連する少くとも1つの出力信号
を失じ、前記バイアス装置は前記位相関係の位相φを羨
えるととができ、前記位相がdφ/dtの選択され九値
において前記制御信号に関連する位相値をとるように前
記バイアス装置を制御するためにバイアス制御信号を受
けるようKされる端子要素を前1バイアス装#は有し、
前記バイアス制御信号発生6祉前記位相角検出器の少く
とも1つの出力信号に応答して前記バイアス制御信号を
発失し、前記バイアス制貧l信号発生器は、前記バイア
ス制御信号の少くとも1つの出力信号に応答して、dψ
/dtの第1の選択された値が生じた時に前記位相の第
1の位相値を決定する第1の要素と、dφ/diの第2
の選択された値が次に発生された時に前記制御信号が前
記バイアス装置に前記位相の第2の位相角値を発生させ
て、前記第1の位相値と前記第2の位相値が#景ホ所定
の値だけ異なるように1前配第1の位相値に応答して前
記バイアス制御信号を決定する第2の要素と、を備える
ことを特徴とするリング・レーザ角速度センサ。 (4)閉ループ路の8囲をはt!進むことができる互す
に逆向きに進む2つのは#i単一振動数の電磁放射波ビ
ームを支持する支持要素と、前記2つのビームの光学的
に組合す部分によ〕発生された干渉パターンに応答して
出力信号を発生する第1と館2のトランスデユーサを含
む位相角検出器と、前記第1と第2のトランスデユーサ
の出力信号に応答して、選択された位相差の館と、dφ
/diの選択されたが1回目と2回目に’31き続いて
発生された時に前記位相の第1と第2の曽の実際の位相
差との間の差に関連する少くとも第1誤差信号を発生す
る誤差信号要素と、前記第1の誤差信号に応答して前記
バイアス制御信号を発生するバイアス制御信号発生器と
、を備え、前記合波の振動数は前記閉ループ路の回転速
度のyIJ数℃あ多、前記波の関Ka前記閉ループ路の
回転速度の関数である位相関係が存在し、前記$1.!
−第2の各トランスデユーサは前記干渉パターンの異な
る部分に応答し、前配置lと蕗2の各トランスデユーサ
は前記波の間の前記位相関係の位相に関連するが所定の
測定位相オフセットだけ異なる出力信号を有し、前記バ
イアス制御信号発生器は、前記波の間の振動数差が第1
の周波数で変化するように少くとも1つの前記波の前記
振動数を周期的に変えるために第1の信号を生ずる第1
の信号要素と、極性が交番する電気エネルギーパルスで
ある出力信号をdψ/diの選択された値に対して時間
的な関係で発生するMlのパルス発注器と、前記第1の
信号要素の)1!lの信号と前記第1のパルス発生器の
出力信号を加差合わせて前記バイアス制御信号を発生す
る加算器と、を備え、前記第1のパルス発生器は前配置
1の誤差信号に関連する大きさのエネルギーを有し、前
記位相が前記選択された位相差だけ異なる第1と第2の
値をとるように、前記バイアス装置は前記バイアス制御
信号に応答して前記位相に対して作用を及ばすことを特
徴とするリング 、4・レーザ角速度センサ◎゛[Scope of Claims] (1) There is an angular velocity sensor in which two tIts move in opposite directions along a closed loop path in alternate layers, and the frequency of the combined wave is the lI number of the rotational speed of the closed loop path. Yes, there is a phase separation S between the waves that is a function of the rotation speed of the closed-loop path, and the sensor has a lock-in error that is related to the true rotation angle of the sensor but is inherent to the sensor. The first sen containing? In the angular velocity sensor that generates the wave, the phase φ of the phase relationship between the waves is dφ/dt
%1 when the selected value occurs.
So that the 11th value and the 20th value are taken alternately (and 4l-)
An angular velocity sensor characterized by being equipped with a bias device capable of distributing waves before zero. (It is an angular velocity sensor in which two tIts move in opposite directions to P! along a closed loop path, and the frequency of the combined wave is the a movement of the rotational speed of the closed loop path, and the interval between the waves is has a phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed-loop path, and the sensor generates a sensor signal #l that is related to the true rotation angle of the sensor but includes a lock-in error that is inherent to the sensor. said angular velocity sensor (having a terminal adapted to receive an IAS control signal) for changing the frequency of at least one said wave;
dφ/dt is zero, and the phase of the phase M coefficient between the waves is d"94?/di.
The bias device is capable of controlling the bias device and the control signal “IAS” so as to take the first and second values alternately when the corresponding values of “IAS” are of the same polarity. The bias signal generator generates at least one previous i-wave such that the frequency difference between the waves varies periodically at a first frequency. a first signal generator for generating a first signal for periodically varying the frequency; and at least one signal generator for generating a first signal for periodically varying the frequency of the waves; a second signal generator that generates a first signal to periodically oscillate the frequency of the wave; and a second signal generator that adds the first signal and the second signal to generate the bias control signal. an adder, and the bias device includes a selected #L of dφ/di.
occurs, the running time is selected, and the phase alternately takes the first value and the second value when running, and the bias is set so that the OVa gain in the first Senna signal is made sufficiently small. An improved angular velocity sensor, wherein the device is characterized by a human acting on the phase in response to the piezoelectric control signal. (a supporting element supporting two nearly single-frequency electromagnetic radiation beams that can travel #trt around a closed-loop path and passing #C in opposite directions, a phase angle detector, and a bias and a bias control signal generator, the frequency of the multiplexing is equal to the ra number of the rotational speed of the closed loop path,
There is a phase relationship between the waves that is a function of the rotation speed of the closed loop path, and the phase angle detector loses at least one output signal related to the phase ψ of the phase relationship between the waves O. Similarly, the biasing device can envy the phase φ of the phase relationship, and controlling the biasing device so that the phase takes a phase value related to the control signal at a selected nine value of dφ/dt. The first bias device # has a terminal element adapted to receive a bias control signal for
The bias control signal generation device generates the bias control signal in response to at least one output signal of the phase angle detector, and the bias control signal generator generates at least one of the bias control signals. In response to two output signals, dψ
a first element determining a first phase value of said phase when a first selected value of /dt occurs; and a second element of dφ/di.
The control signal causes the biasing device to generate a second phase angle value of the phase the next time the selected value of is generated such that the first phase value and the second phase value are a second element that determines the bias control signal in response to the first phase value so as to differ by a predetermined value. (4) The 8th circle of the closed loop path is t! Two mutually oppositely traveling beams that can proceed are interference generated by a supporting element supporting a beam of electromagnetic radiation of a single frequency and an optically combining part of said two beams. a phase angle detector including first and second transducers generating an output signal in response to the pattern and a selected phase difference in response to the output signals of the first and second transducers; The mansion and dφ
at least a first error related to the difference between the actual phase difference of the first and second magnitude of said phase when the selected values of /di are generated the first and second times '31 successively; an error signal element that generates a signal; and a bias control signal generator that generates the bias control signal in response to the first error signal, the frequency of the combined wave being equal to the rotational speed of the closed loop path. yIJ several degrees Celsius, there exists a phase relationship where the function Ka of the waves is a function of the rotation speed of the closed loop path, and the $1. !
- each second transducer is responsive to a different part of said interference pattern, and each transducer of prearrangement I and Fukushi 2 is related to the phase of said phase relationship between said waves but with a predetermined measured phase offset; the bias control signal generator has output signals that differ by a first
a first signal generating a first signal for periodically varying said frequency of at least one said wave so as to vary at a frequency of
a pulse orderer of Ml that generates an output signal that is a pulse of electrical energy of alternating polarity in temporal relation to a selected value of dψ/di; and of said first signal element) 1! an adder for generating the bias control signal by adding the signal of 1 and the output signal of the first pulse generator, the first pulse generator being related to the error signal of the preposition 1; The biasing device acts on the phase in response to the bias control signal such that the phase has a magnitude of energy and the phase assumes first and second values that differ by the selected phase difference. 4. Laser angular velocity sensor◎゛
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US28095581A | 1981-07-06 | 1981-07-06 | |
US280955 | 1981-07-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5870167A true JPS5870167A (en) | 1983-04-26 |
JPH0324794B2 JPH0324794B2 (en) | 1991-04-04 |
Family
ID=23075340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57117633A Granted JPS5870167A (en) | 1981-07-06 | 1982-07-06 | Angular speed sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5870167A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62166579A (en) * | 1983-11-07 | 1987-07-23 | レイセオン カンパニ− | Ring laser gyroscope |
JPS63194380A (en) * | 1987-01-30 | 1988-08-11 | リットン・システムズ・インコーポレーテッド | Method and system for reducing random walk error of ring laser gyroscope |
JP2009031163A (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Minebea Co Ltd | Semiconductor ring laser gyro |
-
1982
- 1982-07-06 JP JP57117633A patent/JPS5870167A/en active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62166579A (en) * | 1983-11-07 | 1987-07-23 | レイセオン カンパニ− | Ring laser gyroscope |
JPS63194380A (en) * | 1987-01-30 | 1988-08-11 | リットン・システムズ・インコーポレーテッド | Method and system for reducing random walk error of ring laser gyroscope |
JP2009031163A (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Minebea Co Ltd | Semiconductor ring laser gyro |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0324794B2 (en) | 1991-04-04 |
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