KR100719648B1

KR100719648B1 - 광섬유자이로스코프에서교차결선을극복하기위한장치및방법

Info

Publication number: KR100719648B1
Application number: KR1019970015230A
Authority: KR
Inventors: 죤 쥐. 마크; 대니얼 에이. 타자르테스; 아마도 코르도바
Original assignee: 리톤 시스템즈 인코포레이티드
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2007-11-27
Also published as: KR19980077897A

Abstract

위상 변조기는, 향상된 불규칙 이동을 하도록 사냑 간섭계의 감응 코일 내에서 서로 반대방향으로 향하는 광선 비임들 사이의 과변조 영역에서 인위적인 위상 이동 시퀀스를 이용한다. 이 시퀀스는 ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b의 위상 이동으로 구성되는데 여기에서 a는 홀수의 정수이며 b는 1보다 큰 정수이다. 위상 변조기를 구동하기 위한 파형은 좌표에 위치가 정해진 모듈러 2π 라디안 맵핑(modulo 2π radian mapping)으로부터 유도되어서 인접한 구동 신호 값은 제 1 각 방향에서 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b 정도 차이가 나고 반대 각 방향에서는 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b 만큼 차이가 난다. 결정식, 랜덤 또는 유사-랜덤 변조 시퀀스를 발생시키기 위해서 맵핑(mapping) 둘레에서 각 변이가 미리 설정될 수 있다. 결정식 시퀀스가 선택된 경우에, 혼선으로부터 제로 평균 출력 바이어스를 취하도록 직교성이 관찰된다.

Description

과변조 이용 광섬유 자이로스코프에서 교차 결선을 극복하기 위한 방법 {METHOD FOR OVERCOMING CROSS-COUPLING IN A FIBER OPTIC GYROSCOPE EMPLOYING OVERMODULATION}

본 발명은 광섬유 자이로스코프(fiber optic gyroscope)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 스텝 과변조(step overmodulation)를 이용한 광섬유에서 전자 교차-결선(electronic cross-coupling)으로 인한 바이어스(bias)의 문제점을 극복하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

사냑 간섭계(sagnac interferometer)는 반대방향을 향하는 한 쌍의 광선 비임 사이에서 발생되는 비-상호성 위상차이(nonreciprocal phase difference)를 측정함으로써 회전을 결정하는 장치이다. 일반적으로 이것은, 레이저 등의 광원, 여러 개의 거울 또는 다수의 광섬유로 구성된 광 도파관(optical waveguide), 비임스플리터-결합기(beamsplitter-combiner), 탐지기(detector)와 신호 처리기(signal processor)로 이루어진다.

간섭계에서, 비임스플리터로부터 발생된 전파는 단일 옵티컬 경로를 따라 서로 반대방향을 향하여 전파된다(counterpropagate). 도파관은 "상호성 (reciprocal)" 이 있다. 즉, 서로 반대방향을 향하여 전파되는 비임들이 동일한 시간에 또는 동일한 방향으로 궤도 이탈(perturbation)을 반드시 일으키지 않을지라도, 옵티컬 경로(optical path)의 왜곡은 반대방향 전파 비임에 유사한 영향을 준다. 시간 간격이 옵티컬 도파관 주위에서 광 전달 시간과 동일할 때 시간에 따라 바뀌는 궤도 이탈이 관찰된다. 반면에 "비-상호성(non-reciprocal)" 궤도 이탈은 전달 방향에 따라 반대방향 전파 비임에 다르게 영향을 끼친다. 이러한 비-상호성 궤도 이탈은, 두개의 비임이 전달되는 광 매개체의 대칭성을 방해하는 물리적 효과에 의해 발생되어진다.

비-상호성 효과 중 두 가지는 상세히 공지되어있다. 패러데이, 또는 콜리니어 자기-광 효과(collinear magneto-optic effect)는, 자기장이 광물질에서 전자를 선택적 스핀 배향할 때 발생되고, 반면에 사냑, 관성 상대주의 효과(inertial relativistic effect)는, 관성 프레임에 대한 간섭계의 회전이 전달 시간의 대칭성을 분열시킬 때 발생된다. 상기 사냑, 관성 상대주의 효과는 링 자이로스코프(ring gyroscope)의 원리로써 적용된다.

하나의 비임이 자이로스코프 루우프(gyroscope loop)를 완전히 횡단한 후에, 자이로스코프의 측정되는 출력은 "결합된" 비임, 즉 반대방향 전파 두 비임으로 형성된 복합 비임이다. 감응축(sensitive axis) 둘레에서 회전 속도는, 반대방향 전파비임 사이에서 발생하는 위상 이동(phase shift)에 비례한다. 따라서, 정확한 위상 이동의 측정은 필수적이다.

도 1은, 루우프를 완전히 통과한 후에 반대방향 전파 두개 비임 사이에 존재하는 위상 차이와, 광 섬유 코일로부터 출력된 비임의 세기(또는 전력) 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 1은 비임 사이에서 위상 차이 △_φ의 코사인에 비례하는 세기(intensity)를 나타낸다. 이런 위상 차이는 회전에 따른 비-상호성 궤도

이탈의 측정을 제공한다. DC 레벨은 도 1 에 나타나 있다. 상기 DC 레벨은 평균 세기에 해당한다.

작은 위상 차이 ±nπ(n은 정수)가 감지될 때, 측정된 위상 차이가 출력 프린지 패턴(output fringe pattern)의 최대 또는 최소 영역에 놓여지기 때문에 출력 비임의 세기는 위상 편차 또는 에러에 비교적 민감하지 않다는 것을 프린지 패턴의 형태로 알 수 있다. 이것은 각각 _φ=0, +π, -π, +2π와 -2π 라디안의 영역에서 위상 이동에 해당하는 프린지 패턴(fringe pattern)의 10, 12, 12', 14와 14'에서 도시되어진다. 나아가, 비임의 단순한 세기는 감응 및 회전 속도를 나타내지 않는다.

전술한 이유 때문에, 발생된 위상 바이어스는 각각의 반대방향 전파비임(counterpropagating beam)에서 보통 겹쳐지고, 쌍을 이룬 비임이 센서 코일을 통하여 전달할 때 위상이 같게 주기적으로 하나의 비임은 늦추고 다른 비임은 전진시킨다. "비-상호성(non-reciprocal) 영-이동(null-shift)" 으로 알려진 위상 이동의 바이어싱은, 회전 여부를 나타내는 위상 편차 ε에 더 많이 감응되는 것을 특징으로 하는 영역으로 동작점(operating point)을 옮겨줌으로써 세기 측정 감도를 위상차이만큼 증가시킨다. 이런 식으로, 광검출기에서 감지되는 광 세기의 변화, △I(또는 전력 △P)는, 정해진 비-상호성 위상 궤도 이탈 ε을 위해 증가된다.

주어진 위상 궤도 이탈 ε으로 인한 세기 영향을 증가시킴으로써, 위상 궤도 이탈에 감응하는 광검출기 출력부에서 대응하는 증가가 발생한다. 다시, 이것은 출력 전자 장치를 단순화시키고 정확성을 향상시킨다. 상기 출력 전자장치는 보통 동작점의 세기값을 비교하기 위한 차동 회로(differencing circuit)를 포함하는데, 상기 동작점 사이에서 루우프 통과 시간 τ동안 전자-광 변조기("MIOC")가 순환되어진다. 현재, 광섬유 자이로스코프는 2τ의 주기를 가지는 ±π/2사이에서 순환되는 구형파(ssuare wave)와 같은, 주기적 변조 파형에 의해 보통 바이어스(bias)되는데, 여기에서 τ은 섬유 코일을 통과하는 광의 이동 시간이다.

도 1로 돌아와서, 종래의 구형파 변조는 동작점(16, 16') 사이에서 출력 세기 곡선의 사이클에 일치한다. 각각의 동작점(16, 16')은 세기 프린지 패턴(intensity fringe wave)의 굴곡 부분에 놓이는데, 여기에서 위상 차이 △_φ의 작은 비-상호성 궤도 이탈 ε은 광 세기 출력에서, 최대이며 선형의 감지 가능한 변화 △I(△P)를 일으킨다. 또, 두 개의 다른 동작점 사이에 놓인 바이어스를 대체함으로써, 이 장치는 ε을 결정해서 회전 방향을 정한다. (대안적으로는, ±3π/2 변조에 의해 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이것은 도 1 에서 곡선상의 점 (18) 과 (18')에 표시되어 있다.)

위상 변조이외에, "위상-영점 조정(phase-nulling)"은 간섭계 출력부(interferometer output)에 보통 이용된다. 이것은 비-상호성(사냑) 효과에 기인한 위상이동을 상쇄하기 위해서 음(-) 피드백 메커니즘을 통하여 추가 위상 이동을 일으킨다. 측정된 위상 차이에 비례하는 기울기를 가지는 위상 램프(아날로그 또는 디지탈)는 보통 상기 목적을 위해 이용된다. 일반적으로, 필요한 이동은 전압 제한 때문에 무한정으로 증가될 수 없으므로, 0에서 2π 라디안 영역에서 램프는 위상 영점 이동을 수행한다. 2π로 "재설정" 하는 것은 전술한 코사인 함수에 따라 2π를 기본으로 작동하는 자이로 간섭계에서 이루어진다.

관성 장치의 주요 사용 중 하나는 운행체 방향을 결정하는 것이다. 이런 방향 결정은 자이로를 포함하는 시스템 센서의 질(quality)에 의존하고, 자이로 출력부에서 소음의 형태 및 양에 의해 영향을 받는다. 특히, 관성 각 속도를 정확하게 측정하는 자이로스코프는 적절한 방향 결정에 아주 중요하다.

레이저 및 광섬유와 같은, 진보된 자이로 출력부의 소음 성질은 "각도 불규칙 움직임(angle random walk)" 특성을 포함한다. 각도 불규칙 움직임은 각 속도의 백색 잡음에 의해 야기된다. (연속 스펙트럼 밀도(PSD)의 백색 잡음은 "일정" 하며, 즉 주파수에 독립적이다.) 백색 잡음에 의해 오염된 (광섬유 자이로의 각속도 출력부와 같은) 각각의 변수를 살펴보면, 통계학적으로 서로서로 독립되어있다. 많은 샘플의 평균은 참값(true value)으로 수렴된다. 평균값에서 불확실성은 평균 시간의 제곱근에 반비례한다. 따라서, 각속도 측정에서 불확실성은, 수학식 1 에 의해 구해진다.

[수학식 1]

여기서, σθ'은 각 속도 측정의 표준 편차, RW은 불규칙 운동 계수, T는 평균 시간이다.

일반적으로, 관성계의 초기 방향 정확성은 지구 자전 속도가 측정되는 정확성에 따른다. 방향 불확실성은 전술한각속도크기의 불확실성에 비례한다. 평균 시간은 보통 4분 정도로 짧기 때문에, 불규칙 운동 계수를 작게 유지하는 것이 중요하다. 또, 일단 방향이 정해지고 나면, 일관된 각도로 움직이는 것은 관성계의 운동을 저하시킨다. 전술한 것과 같은 각도 불규칙 운동 과정은 시간의 제곱근만큼 증가하는 각도 에러를 이끈다. 따라서

[수학식 2]

수학식 2 에서, σθ는 에러의 표준 지속 기간, R은 불규칙 운동 계수, T는 작동시간이다. 불규칙 운동 계수는 작아야 한다.

도 2 는, 광섬유 자이로스코프에서 광원 최대 전력(peak power)과 불규칙 운동(곡선 20) 사이에 존재하는 관계를 나타내는 그래프이다. 광섬유 자이로의 출력 부에서 백색 소음(white noise)은 많은 원인이 있다. 전자 잡음(암전류(dark current)와 열 잡음(thermal noise)), 산탄 잡음(shot noise)과 비이트(beat) 또는 유사 상대 강도 잡음은 영향을 끼칠 수 있다. 자이로 불규칙 운동에 대한 전자 잡음은 최대 전력에 반비례한다. 자이로 불규칙 운동에 대한 산탄 잡음은 최대 전력의 제곱근에 반비례한다. 도면에서 알 수 있듯이, 비이트 소음(곡선 22)은 최대 전력에 독립적이어서, 따라서 자이로 불규칙 운동이 감소될 수 있는 정도를 한정한다. 반대로, 미리 정해진 영역내에서, 최대 전력의 증가는 전자 잡음(곡선 24)과 산탄 잡음(곡선 26)의 기여를 줄일 것이다. 상기 영역 이외에서는, 증가된 전력이 더 많은 불규칙 운동을 가져오지 않는다.

비이트 잡음(beat noise)의 상대적 중요성은 광원의 전력과 함께 증가한다. 초발광성의 다이오드(superluminescent diode)는 약 0.5 밀리와트의 최대 전력을 제공하고, 반면에 접지 도핑된 광원(earth doped source)은 일반적으로 약 10 밀리와트이다. 도 2 에서, 불규칙 운동에 대한 비이트 잡음은, 초발광 다이오드 같은 낮은 전원이 적용될 때 전자 잡음의 한 부분인 산탄 잡음의 일부이다. 광원의 전력이 증가됨에 따라, 결국 비이트 소음이 자이로스코프의 소음에 큰 영향을 끼친다.

George A Pavlath가 발명한 "광섬유 자이로스코프에서 불규칙 움직임을 줄이기 위한 방법" 이라는 제목으로 출원중인 미국 특허출원 제08/283,063호는 전술한 문제점들을 제시한다. 상기 출원은, 자이로 센서 코일 내에서 반대방향 전파비임의 인위적인 과변조 바이어싱에 따른 방법을 개시한다. 예를 들어, ±π/2의 동작점 16, 16' 사이 또는 ±3π/2의 동작점 18, 18' 사이에서 보다는 동작점 28, 28' 사이에서 도 1 의 자이로 출력 곡선을 바이어싱함으로써, 불규칙 움직임에 대한 비이트 잡음의 영향은 증가한 광원 전력과 함께 감소될 것이다. 불규칙 움직임 감소에 대한 소음원의 제한 요인들을 극복함으로써, 고전력의 사용이 증대된다.

단일 축과 다중 축 사이에서 자이로스코프 배치는 시스템 혼선(crosstalk)으로부터 발생하는 에러를 바이어스하기 쉽다. 예를 들어, 출력 디지털-아날로그 변환기 및 자이로 제어 루우프의 구동 증폭기(driver amplifier)로부터 발생하는 기생 신호(parasitic signal)는 동기 복조기 입력부로 연결할 수 있다. 또한, 세 방향의 축 배치에서, 상기와 같은 교차 결선(cross-coupling)은, 디지털-아날로그 변환기와 하나의 축방향으로 측정하는 자이로스코프의 구동 증폭기와 다른 축 방향으로 측정하기 위한 자이로의 동기 복조기 사이에서 이루어진다. 나아가, 세 축 방향의 배치는 단일 탐지기와 작동할 수 있도록 단순화되어있고, 복합 출력(composite output)은 다른 축들 사이의 출력부 사이에서 혼선되기 쉽다.

종래의 최대 감응 또는 과변조 타입의 스텝 변조시에, 혼선은 특별한 문제점을 일으킨다. 구형파(square wave)와 같은 스텝 변조 파형을 이용할 때, 결과적인 복조 기능은 변조 기능을 카피(copy)한 것이다. 이것은, 전기 혼선 또는 교차 결선이 위상 변조기를 구동하기 위한 신호와 복조기에의 입력 사이에서 발생할 때, 자이로 출력을 네트 바이어스 값(net bias value)에 종속시킨다.

Spahlinger는 불규칙 성분 시퀀스를 포함한 자이로 위상 변조기를 구동하기 위한 파형의 디자인에 따른 "보정 작용이 없는 복조기 제어를 통하여 재설정하는 디지털 위상 램프를 포함한 광섬유 사냑 간섭계(fiber optic sagnac interferometer)" 라는 표제의 미국 특허 제5,123,741호에서 혼선 문제점에 대한 해결책을 제시한다. 혼선의 문제점을 언급하였지만, 상기 특허 출원에 따른 방법은 종래의, 최대 감응(±π/2, ±3π/2) 변조를 따르므로, 따라서 과변조 기술에 의해 제공된 장점을 달성할 수 없다.

"직교 시퀀스를 이용하는 광섬유 자이로스코프" 라는 표제의 Mark 등이 발명한 미국 특허 제5,189,488호는, 광섬유 자이로스코프에서 전기 혼선을 극복하기 위해서 관련된 1차, 2차 복조 시퀀스의 특성에 대하여 결정식 변조 시퀀스의 선택을 보여준다. 이 기술도 종래의 변조 계획에 제한된다. 각각의 상기 기술은 전기 변조 파형(±π/2, ±3π/2 변조에 제한됨)의 사용이 전제된다. 과변조시에 혼선의 문제점을 처리할 수 없다. 또, 이 기술은 본질적으로 제한된 불규칙 움직임 감소 능력을 가진 시스템에 관련된다.

본 발명은, 출력 신호를 제공하기 위해서 상기 코일을 통과한 후에 광원의 출력부에서 한 쌍의 광 비임을 만들며, 여기에서 반대방향 전파되도록 센서 코일의 마주보는 단부로 비임이 향하도록 하고 상기 비임을 재결합하는 커플러(coupler)와, 광원(light source)으로 구성된 형태의 사냑 간섭계(sagnac interferometer)로 회전 속도를 측정하기 위한 방법을 제공함에 의해서 종래 기술의 단점들을 극복하는 것이다. 변조기(modulator)는 반대방향 전파비임들을 인위적으로 광학 위상 이동시키고, 복조기(demodulator)는 출력 신호로부터 회전속도에 대한 정보를 이끌어 내도록 제공되어진다.

본 발명에 따른 방법은, 반대방향 전파광선 비임을 인위적 위상 이동시키기 위해서 변조기를 구동하는 것을 포함한다. 각각의 위상 이동에 대한 지속시간은 센서 코일 이동 시간과 동일하다. 인위적 위상 이동의 시퀀스(sesuence)는 ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b의 위상 이동 값 으로부터 선택되어지는데, 여기서 a는 흘수(odd integer)이고 b는 1보다 큰 정수이다.

둘째, 본 발명은 사냑 간섭계의 위상 변조를 유도하기 위해 파형(waveform)을 형성하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 (i) 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 S 세그먼트(segment)로 나누는데, S X θ = 2πN 에 따라서 S는 양의 정수이며, 여기서 θ가 │aπ/2b│이고 N은 정수이고, (ii) 제 1 각 방향(angular direction)에서 인접한 맵핑 세그먼트(mapping segment) 사이에서 각각의 전이가 aπ/2b또는 -(4b-a)π/2b와 일치하도록 하고, 반대쪽의 각 방향으로 인접한 맵핑 세그먼트 사이에서 각각의 전이는 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b에 일치하도록, 상기 각각의 세그먼트로 변조기를 구동하기 위한 값을 정함으로써, 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping) 값을 유도하는 단계를 포함한다.

그 후에 상기 맵핑은, 스텝 파형을 만들기 위해서 제 1 방향에서 모든 세그먼트를 통하여, 반대 방향에서 모든 세그먼트를 통하여 미리 정해진 시퀀스를 따라 통과되어진다.

그 후, 스텝 파형에 해당하는 1, 2차 복조 시퀀스가 발생된다. 미리 정해진 기준을 충족시키는 복조 시퀀스가 유도될 때까지 1, 2차 복조 시퀀스는 설정된 표준과 비교된다. 끝으로, 이 기준을 만족하는 복조 시퀀스(demodulation sequence)에 해당하는 스텝 파형이 선택된다.

셋째로, 본 발명은, 한 쌍의 광선 비임들이 광 섬유 코일내에서 반대방향 전파되고 각각의 루우프(loop)를 이동하는 동안 비임 사이에서 행해지는 일련의 인위적 위상 이동(artificial phase shift)에 의해 변조되어지는 형태의 회전 속도를 측정하기 위한 방법을 개선을 개선시킨다. 본 발명에 의해 제공되는 개선점은, ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b 값 사이에서 위상 이동(phase shift)을 선택하는 것인데, 여기서 a는 홀수(odd integer)이고 b는 1보다 큰 정수이다.

넷째로, 본 발명은 위상 변조(phase modulator)를 포함하는 형태의 하나이상의 축 둘레에서 회전 속도를 측정하기 위한 사냑 간섭계(sagnac interferometer)를 개선시키는 것이다. 상기 위상 변조기는, 적어도 하나의 센서 코일 내에서 반대방향 전파되는 한 쌍의 광선 비임으로, 센서 코일을 통과하는 시간과 동일한 지속 시간을 가지는 옵티컬 위상 이동의 시퀀스를 이용한다. 적어도 하나이상의 축 둘레에서 회전 속도를 결정하기 위해서 적어도 한 쌍 이상의 비임을 복조하고 결합하기위한 장치가 제공되어진다.

본 발명에 따르면, 전술한 형태의 사냑 간섭계의 개선점은, ±aπ/2b와 ±(4b-a)2b의 인위적 위상 이동 시퀀스를 부여하기 위해서 스텝 파형을 유도하기 위한 위상 변조기에 비트 시퀀스(bit sequence)를 제공하는 발전기(generator)로 구성되는 것이며, 여기서 a는 홀수, b는 1보다 큰 정수이다.

다섯째로, 본 발명은 광섬유 자이로스코프의 위상 변조기를 구동하기 위해서 스텝 파형을 만들기 위하여 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 제공하는 것이며, a가 1보다 큰 홀수일 때, ±aπ/2b와 ±(4b-a)/2b의 위상 이동(phase shift)은 자이로 센서 코일 내에 반대방향 전파비임에서 발생되어진다. 상기 맵핑(mapping)은 S 세그먼트로 나누어진 닫힌 원으로 이루어지는데, 각각의 S 세그먼트는 스텝 파형의 값과 관련 있다. S는 양의 정수로 S X θ= 2πN의 공식을 만족하며, 여기서 θ는 │aπ/2b│이고 N은 정수이다. 이 값은 맵핑(mapping)의 세그먼트에 할당되어서 제 1 각 방향(angular direction)에서 인접한 세그먼트 사이에서 각각의 전이는 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b의 단계와 동일하고, 반대 각 방향(angular direction)에서 인접한 세그먼트들 사이에서 각각의 전이는 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b의 단계와 동일하게 한다.

본 발명의 상기 특징 및 장점들은 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다. 상세한 설명에는 첨부 도면이 수반된다. 상세한 설명의 번호와 일치하는 도면의 번호는 본 발명의 특징이 나타나는 부분이다. 같은 번호는 상세한 설명과 도면에 걸쳐 같은 부분을 나타낸다.

본 발명은 계단식(stepped type)의 변조 시퀀스((modulation sequence)를 사용하는 광섬유 자이로(fiber optic gyros)에서 혼선(cross-talk)의 문제에 관련된다. 상기 변조 시퀀스는 최대 탐지 민감도(±π/2, ±3π/2)를 위한 변조 파형(waveform)이 사용될 때 관찰되는 최저값 이상에서, 자이로 출력의 랜덤 워크(random walk) 감소를 초래하는한 유익하다. 본 발명에서는 계단식이며 랜덤식(ramdom) 및 결정식(deterministic)의 과변조(overmodulation) 파형이 선택되어 혼선(crosstalk)을 감소 또는 제거하여 자이로 출력에서 과변조(overmodulation)의 이점을 제공하는 자이로의 광학 전자 위상 변조기에 응용할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 과변조(overmodulatlon) 파형은 결과로 발생되는 복조 시퀀스와 무관하다. 상기 과 변조 파형은 변조 신호 혼선으로 인한 바이어스(bias)로부터 자이로가 영향을 받지 아니하도록 한다.

본 발명은 계단 식의 후보 과변조 파형(overmodulation waveforms )을 발생시키기 위해, 미리 지정되거나 또는 랜덤(random) 방식으로 트랜스버스(transverse) 될 수 있는 맵핑(mapping)을 발생시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이때 트랜스버스 (traversal)형태는 무관계(decorrelation)를 위한 필요한 조건을 만족하는 가에 대하여 검사 되어진다. 그 후 변조 파형(modulation waveform)의 성질(결정식이거나 또는 랜덤한)에따라, 충분한 조건이 심사되어진다. 상기 다이어그램(diagram)은 랜덤, 유사 랜덤(pseudo-random) 또는 결정식 방식으로 트랜스버스되어진다.변조 시퀀스가 랜덤하거나 또는 유사 랜덤의 경우에는, 출력에러 소거(output error cancellation)가 미국 특허 제5,123,741호에서 설명된 것처럼, 반복해서 발생한다. 한편 합리적인 시간 프레임 내에 출력에러 소거를 얻는 결정식 과변조(overmodulation) 시퀀스 만이 사용되어진다. "후보(candidate)" 결정식 과변조 시퀀스가 미국 특허 제5,189,488호에서 설명된 것처럼 직교 특성(orthogonality property)에 대해 스크린(screen)되어진다. 따라서, 본 발명은 자이로 센서 코일 내에서 반대방향으로 전파(counterpropagate)하는 광 빔들 사이의 위상 차이를 인위적으로 바이어스하기 위한 변조 시퀀스를 가르치는 것이며, 상기 자이로 센서 코일은 (1) 랜덤 워크(random walk)가 감소되며, (2) 피할 수 없는 시스템 혼선의 영향에 대한 민감도가 줄어드는 특징을 갖는 자이로 출력을 발생시킨다.

I. 과변조(over modulation) 시퀀스 발생(Sequence Generation)

도 3은 본 발명에 따른 샤낙 간섭계(sagnac interferometer)의 위상 변조기를 구동하기 위한 파형(waveform)을 발생하기 위한 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)이다. 도 3에 따른 맵핑을 사용하고 아래 기술되는 필요조건을 만족시킴으로서, 과변조(overmodulation)의 영역에서 인위적인 위상 이동을 부과하기 위한 랜덤식과 결정식 모두의 원점(origin)에 대한 파형을 용이하게 유도해 낼 수 있다. 상기 변조는 개선된 랜덤 워크(random walk) 특성을 갖는 간섭계 출력 신호를 제공하는 것으로 알려져있다. 또한, 충분조건을 만족시키는 결정식 파형만을 사용함으로써, 자이로 시스템에서 기생 혼선(parasitic crosstalk)의 발생을 동시에 해결할수 있다.

도 3에서, 맵핑은 ±3π/4와 ±5π/4의 인위적인 위상이동 시퀀스를 도입하도록 배치되어진다. 이산 위상 이동 각각은 그 지속시간이 한 신호 루프 전이시간 τ와 동일하다. 도 1의 자이로 출력 도면과 도 3의 도면을 비교하면, 발생되어지는 과변조(over modulation) 시퀀스는 자이로 출력 곡선에서 (30,30')와 (32,32')이 가르키는 지점들 사이에서 스위칭(switching)함을 포함한다.

도 3의 맵핑은 8개의 구획(segment)으로 나누어진 폐곡선을 포함한다. 도 3의 맵핑은 센서코일 내에서 반대 방향으로 전파하는 광 비임 사이에서 ±3π/4와 ±5π/4의 광학 위상 이동(optical phase shift)을 부과하기 위해 위상 변조기를 구동하기 위한 계단식 파형(waveform)을 발생하도록 배치되어진다. 계단 형태의 과변조(overmodulation) 파형을 발생하기 위한 이산 값(disrrete values)이 상기 각각의 구획 내에 표시되어진다. 도 3의 맵핑은 다음과 같다. 한 구획에서 인접구획으로의 맵핑에 대한 반시계 방향(A 방향) 전이 각각이 +3π/4 또는 -5π/4의 수치차 영향을 주는 반면, 시계 방향 전이(방향 B)는 -3π/4 또는 +5π/4의 수치 차 영향을 준다. 인접 구획사이의 차이 또는 단계는 계단식 과변조(overmodulation) 파형의 수치 변화에 의해 부과된 위상 이동(phase shift)에 해당한다. 상기 전이 각각은 완전한 루프 전이 시간 τ후에 발생한다.

시계반대방향(A 방향)으로 맵핑의 구획을 트래버스하면, 0, 3π/4, 3π/2, π/4, π, 7π/4, π/2와 5π/4의 과변조(over modulation) 파형의 수치가 순차적으로 발생되어 상기 최종상태(5π/4)에 이르게 되거나 첫번째(0)로의 전이를 경험한다. R로 표시된 굵은 선은 상기 맵핑의 중앙으로부터 ±5π/4의 전이로 발생되며, 변조 파형의 모듈로 2π 롤오버(modulo 2π rollover)에 해당한다.

광 위상 이동을 발생하기 위한 계단 파형을 발생시키기 위하여 도 3의 맵핑을 사용하기 전에, 도 3의 맵핑은 ±3π/4와 ±5π/4의 전압 단계(voltage step)에 제한되지 않는 구동 파형을 포함하는 것으로 일반화되어질 수 있다. 유사한 맵핑에 의한 계단 과변조(overmodulation) 파형의 발생은 다음 관계식에 따른다.

[수학식 3]

상기의 수식에서, θ는 과변조(overmodulation)의 영역에서 라디안(radian)으로써 위상이동의 크기를 나타내며, N은 정수이고 S는 과변조(overmodulation) 파형을 발생하기 위해 필요한 맵핑(mapping)의 가장 적은 구획의 수를 나타낸다. 상기 수학식 3에 해답을 산출하는 위상 이동만이, 맵핑 발생과 그리고 적절한 과변조(overmodulation) 파형의 유도를 위하여 적절하게 된다. 후보 위상 이동 ±aπ/2b가 검사되고 상기 수학식에 대한 해답을 산출하는 것으로 발견될 때, 결과적인 변조 파형은 ±aπ/2b의 위상이동 단계와 ±(4b-a)π/2b의 위상 이동 롤오버 수치를 갖게된다. 상기 수학식 3의 수학식의 임의의 일정 해답에 대한 위상 이동과 롤오버의 절대값 합은 2π이다. 다음의 표 1은 상기 수학식에 기초한 상이한 위상이동 수치에 대한 맵핑의 설계를 요약한다.

[표 1]

II. 신호 무관계(Signal De-correlation): 필요조건(Necessary Conditions)

후보 계단 과변조(overmodulation) 파형이 시계방향(B 방향)과 반시계방향(A 방향) 회전의 조합으로 맵을 트래버싱함으로써, 도 3의 맵핑으로부터(또는 유사한 맵핑이 상기 수학식으로부터) 유도된다. 회전 각각은 하나의 맵핑 구획에서 인접 구획으로의 전이를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 구획에서 구획으로의 전이(transition) 각각(즉 변조 전압 값 대 인접한 전압 값)은 과변조(overmodulation) 위상이동 또는 롤오버 위상이동 어느 하나와 같은 수치 변화를 나타낸다.

과변조(overmodulation) 시퀀스, 랜덤, 유사 랜덤 또는 결정식(deterministic) 형식은 반시계 방향 회전이 시계방향 회전과 어떻게 혼합되는 가를 결정한다. 예를 들어, 임의 수치 발생기(random number generator)를 사용하고, 시계방향의 회전은 발생된 짝수와 관련되고 반시계방향의 회전은 발생된 홀수와 관련되는 결정 법칙(decision rule)을 사용한다. 대비하여 보면, 관련된 맵핑에 대한 시계 및 반시계 방향 회전의 결정식 시퀀스는 사전에 지정되어진다.

상기에서처럼 발생된 과변조(overmodulation) 파형을 규정하는 시퀀스는, 자이로 복조기로부터 무관계(decorrelation)를 달성할 수 있는 후보로서 인정되기 위해, 따라서 혼선을 없앨 수 있기 위해 두 개의 조건을 만족하여야만 한다. 제 1 필요조건으로서, 시계방향 전이의 수(number)는 충분히 긴 시간에 걸쳐 반시계방향 전이의 수와 동일해야 한다. 제 2 필요조건으로서, 도 3 도면의 모든 섹터(sector)는 적어도 한번은 시계방향과 반시계 방향 모두로 횡단되어야만 한다. 추가적으로 바람직한 조건으로서, 각각의 섹터는 적절한 시간 간격(대략 1초)에 대해 각각의 방향에서 동일한 횟수로 횡단되어야 한다.

도 4(a)와 4(b)는 샤낙 간섭계(sagnac interferometer)의 위상 변조기를 구동하기 위한 도 3의 맵핑에 따라, 그리고 각각 부과된 인위적인 위상 이동의 결과적인 시퀀스에 따라 유도된 파형(waveform)을 나타낸다. 도 4(a)의 파형은 과변조(overmodulation)의 영역 내에서 위상 변조기를 구동하기 위한 계단 파형(stepped waveform)을 포함한다. 상기 파형은 광섬유 자이로에서 복조로부터 변조 (그리고 변조의 변경속도)의 무관계(decorrelation)를 위해 두 개의 필요조건을 만족하는 일련의 ±3π/4, ±5π/4 전압 단계를 포함한다. 상기 파형은 기본적으로 랜덤식이 아닌 결정식으로, 반시계 방향(A 방향)으로 완전 회전 시킨 후 시계방향(B 방향)으로 완전 회전시킴을 통해 도 3의 맵핑을 처음 스위핑(sweeping)함으로서 형성된다. 도 4(b)는 자이로 센서 코일(gyro sensor coil) 내에서 서로 반대방향으로 전파되는 광 비임들에 부과된 결과적으로 발생된 인위적인 광 위상 이동의 도면이다. 사용되어진 결정식 기법이 매우 단순하지만, 도 4(a)와 4(b)의 실례는 도 3에 따른 맵핑 또는 상이한 크기의 광 위상 이동에 기초한 등가 맵핑에 대한 어떤 다른 회전 기법에도 적용 가능하다.

도시된 바와 같이, 일련의 부과된 인위적인 위상이동(도 4(b))은 3π/4와 -3π/4의 5개 위상이동과, 5π/4와 -5π/4의 3개의 위상이동으로 이루어진다. 계단 파형을 발생시키기 위한 본 발명의 방법은 위상 변조 스케일 인자 에러의 자동 관찰을 제공한다. 이러한 과정 또는 결과는 도 5에서 관찰되며, 자이로 출력의 도면은 스케일 인자 에러( 즉, 지난친 위상이동이 적용되는)로 인해 34, 34', 36, 36'에서 34", 34"', 36"와 36"'로 각각 동작점이 ±3π/4와 ±3π/4 이동된다. 도 5에 도시된 바와 같이, ±3π/4와 ±5π/4 사이 분리(38)는 스케일 인자 에러에 의해 야기된다. 이것은 너무 많은 위상이동이 적용되는 경우 결과를 보여준다. 만일 너무 적은 위상 이동이 사용되어진다면(스케일 인수가 너무 낮은), 위상 이동의 방향이 바뀐다. 상기 이동 분리(38)를 관찰함으로써, 상기 스케일 인수를 적절한 값으로( 즉 제로 스플릿)으로 조정하기 위해 제어 알고리듬(control algorithm)이 사용될 수 있다. 나아가, 도 4(b)에서처럼 3개의 5π/4 위상 이동 모두에 대한 5개 의 3π/4 위상이동이 있는 경우, 자이로 출력에서 관찰되어지는 순 에러(net error)는 "0" , 즉, - 5X(3π/4) + 3X(5π/4) - 3X(5π/4) + 5X(3π/4) = 0 이다. 따라서 5:3의 비율로 3π/4와 5π/4 위상이동을 적절히 웨이팅(weighting)하는 것은 필수적이다. 더욱 일반적으로, ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b 위상이동은 (4b-a):a의 비율로 웨이팅되어져야한다.

III. 복조(Demodulation): 랜덤 (유사랜덤) 시퀀스(Pseudo-random Sequence)

일단 두 개의 필요조건이 본 발명에 따라 발생된 랜덤 또는 유사랜덤 시퀀스를 만족하면, 변조신호와 복조 시퀀스에 따라서 시간과 함께 변조 신호의 변화율의 무관계를 따른다. 따라서 스케일 인자 에러의 자기-교정(self-correction)에 부가해서, 계단 과변조(overmodulation) 조합의 랜덤하고 유사랜덤하게 발생된 신호는 혼선의 존재에 의해 영향을 받지 않는 자이로 출력 신호를 발생한다.

미국 특허 제5,123,741호는 와류신호(parasitic signal)와 무관한 복조 신호로서 랜덤하게 발생된 변조 신호에서 유도된 신호의 사용을 개시한다. 본 발명에서와 같이, 랜덤 또는 유사랜덤 계단 과변조(overmodulation) 파형의 발생은 자이로 출력 신호에서 혼선의 정류(rectification)를 실질적으로 제거한다. 랜덤 시퀀스가 자이로 출력 신호에서 오는 혼선효과를 제거하지만, 지정된 길이의 랜덤하게 발생되는 시퀀스를 반복하는 것을 포함하는 유사랜덤 파형은 실제로 감소하나, 이론상으로는 자이로 출력에서의 혼선 효과를 완전히 제거 못한다.

IV. 복조(Demodulation) : 직교 시퀀스(Orthogonal Sequences)

본 발명에서 변조 파형과 변조 파형의 변화율은 직교성의 사용으로 복조 시퀀스로부터 무관하다. 만일 n번 기간에 걸쳐 A_iB_i의 합이 실제로 "0" 이라면, 두 시퀀스 A_i, B_i는 n번 기간에 걸쳐 직교한다 말해진다. 상기 시퀀스는 결정식(deterministic)이다. 랜덤 또는 유사랜덤 시퀀스와 달리, 직교하도록 설계된 시퀀스 쌍들은 예측 가능한 시간간격 내에서 평균적으로 "0"이다. 반면에, 랜덤 특성을 처리하는 시퀀스는 예측할 수 없는 길이의 상관 관계를 갖는 서브 시퀀스를 포함한다. 직교 시퀀스의 이러한 특징은 사용자에게 광학코일의 한정된 수의 변조된 전이를 나타내는 데이타를 분석게 한다.

모든 파형(waveform)이 위상 변조 문제에 적용하기에 유용한 것은 아니고, 발명자는 직교 복조 시퀀스에 부분적으로 기초한 일련의 선택 법칙을 유도하여, 반대방향으로 향하는 비임에서 인위적인 위상차를 부가하는 적절한 파형을 선택할 수 있도록 하였다.

본 발명에서, 직교성 기준(orthogonality criterion)은 결정식 과변조(overmodulation) 시퀀스의 선택을 위한 충분조건으로서 사용되어진다. 상기 설명된 도 4(a)의 전형적인 계단 파형에 상기 직교성 기준을 관련시키고, 상기 도4(a)가 유도된 도3의 맵핑을 참고하면, 직교성을 위한 결정식 과변조(overmodulation) 전압 파형의 평가는 다음과 같다. 제 1 복조 시퀀스는, 파형 발생동안 취해진 도 3 의 맵핑에 대해 구획 대 구획 전이 방향에 따라서 +1 또는 -1의 수치를 지정함으로써, 도 4(a)에서 도시된 형태의 계단식 파형으로부터 유도된다. 사용된 규약은 +1을 반시계 방향 구획과 인접 구획간 전이 각각으로 지정하고, -1을 시계방향 전이 각각으로 지정한다.

앞서 언급한 것처럼, 도 4(a)의 파형은 "0" 전압구획으로부터 8개의 반시계 방향 계단(step)을 우선 취한뒤, 8개의 연속적인 시계방향 전이가 뒤따르도록하여 도 3의 맵핑(mapping)으로부터 발생되어진다. 상기에서 기술한 것처럼, 이러한 결정식(deterministic)(랜덤식이 아닌) 방법은 본 발명에 따른 파형을 발생하기 위한 두개의 필요조건을 만족시키도록 한다. 상기 설명으로부터 제 1 복조 스퀀스는 [+l, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1]임을 알 수 있다. 제 2 복조 시퀀스 또한 도 3의 맵핑에서 유도되는 도 4(a)의 계단 전압 파형으로부터 알수 있다. 제 2 복조 시퀀스는 도 3의 맵핑에서 유도된 일련의 +1과 -1수치를 포함한다.

R로 표시된 맵핑의 굵은 선 롤오버 축이 계단 파형이 발생하는 동안 크로스(cross)되는 순간 마다 +1을 지정하고, 다른 모든 회전 전이에는 -1을 지정함으로서 제 2 또는 스케일 인자 복조 시퀀스가 결정된다. 도 4(a)의 전형적인 결정식 파형을 다시 참조하면, 관련된 제 2 복조 시퀀스는 [-1, -1, +1, -1, -1, +1, -1, +1, +1, -1, +1, -1, -1, +1, -1, -1]이다. 관련된 제 1 과 제 2 복조 시퀀스가 직교해야 하는 것을 설명하는 샤낙 간섭계(sagnac interferometer)를 위한 변조 시퀀스를 선택하기 위한 결정 법칙을 평가한다면, 상기 이전의 복조 시퀀스를 엘리먼트마다(element-by-element basis) 곱해 결과 합을 취한다. 곱하면 -1, -1, +1, -1, -1, +1, -1, +1, -1, +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1이 되고, 합은 0이다. 따라서, 도 4(a) 의 계단 전압 파형은 본 발명에 따른 결정식 과변조(overmodulation) 파형을 위한 필요조건 뿐만 아니라 관련된 제 1 과 제 2 복조 시퀀스의 직교성의 충분조건을 만족한다.

상기에서와 같이 유도된 "후보" 계단 파형(Candidate stepped waveform)은 자이로 출력 품질과 관련된 다수의 기준에 대해 조사된다. 실제로, 위상 이동에 대한 다수의 후보 시퀀스는 컴퓨터에 입력된다. 앞서 언급한 것처럼, 어떤 선택법칙(예를 들어, 충분조건)은 결과적인 디지탈 복조 시퀀스에 무관한 반면, 다른 것은 그런 시퀀스만에 의존한다. 본 발명에 따른 변조 시퀀스의 조사는 기준의 형식 모두에 대하여 그리고 어떠한 순서로도 발생될 수 있다.

복조(demodulation)와 관련해서, 각각의 계단 파형은 상기에서 언급된 바와 같이 제 1 과 제 2 복조 시퀀스로 변환된다. 제 1 과 제 2 복조 시퀀스는 엘리먼트 마다 곱해져서 직교성을 결정 할 수 있도록 한다. 직교성의 제 1 과 제 2 복조 쌍을 발생시키지 않는 파형은 무시되어진다. 남은 파형은 하기 설명되는 바와 같이 더욱더 분석되어 적절하지 않는 후보지정을 제거할 수 있도록 한다.

선택의 제 2 법칙으로서 계단 파형의 +aπ/2b(b≠1)와 -(4b-a)π/2b 수치의 총수는 -aπ/2b와 +(4b-a)π/2b 수치의 총수와 동일하다. 이것은 +aπ/2b에서의 자이로 출력 가장자리 패턴(gyro output fringe pattern)에 대한 접선 기울기가 -(4b-a)π/2b 에서의 것과 동일하고, -aπ/2b와 +(4b-a)π/2b 에서의 접선 기울기가 동일하기 때문이다. 자이로의 가장자리 패턴 기울기 또는 미분값이 에러율을 나타내기 때문에, 제 1 또는 레이트(rate) 복조는 곡선의 탄젠트 또는 기울기를 조사한다. 복조된 양(또는 음) 기울기에서 여러점 사이에서의 같지 않음은, 세기(intensity) 신호에서의 오프셋(offset)에 대한 민감도를 발생시키며 에러율 표시를 일으킨다.

최종특성 선택법칙은 ±(4b-a)π/2b 전압 수치에 대한 ±aπ/2b 전압 수치의 비가 (4b-a)/a이어야 한다는 것이다. 이 조건 또는 법칙이 만족하지 않는 경우에, 명백한 평균 세기(intensity) 수준 전이는 스케일 인자 에러의 함수로서 발생한다. 나아가, 탐지기 또는 예비 증폭기(preamplifier)에서 오프셋의 존재는 스케일 인자 에러의 측정을 교란한다.

후보 계단 파형의 조사를 위한 상기 기준에 부가해서, 다수의 규칙이 복조 시퀀스에 관련된다. 단일 축들 및 다수의 자이로 시스템 모두에 적용되어지는 상기의 규직들은 아래에서 설명된다.

1. 제 1 복조는 제 2 복조 시퀀스에 직교해야 한다. 이 규칙은 에러율과 스케일 인자 에러 수치는 서로 나쁜 영향을 미치지 않도록 하는 것이 요구된다. 즉, 스케일 인자 에러의 존재는 에러율을 나타내지 않아야 하며, 그 반대도 마찬가지이다.

2. 계단 파형 및 개별 비트(bit)의 디지털 표시와, 그 적분 및 미분은 제 1 과 제 2 복조 시퀀스 모두에 직교해야 한다.

3. 파형 전압 변화와 개별 비트 변화, 이들의 적분과 미분은 제 1 과 제 2 복조 시퀀스 모두에 직교해야 한다.

4. 단일 탐지기 구성을 위해, 어떠한 자이로의 제 1 복조는 다른 자이로의 제 1 복조와 다른 자이로의 제 2 복조 모두에 직교해야 한다. 이와 유사하게, 임의의 자이로의 제 2 복조는 다른 자이로의 제 1 복조와 제 2 복조 모두에 직교해야 한다. 이것은 단일 자이로 시스템과 관련하여 앞서 설명된 다수의 필요 조건에 기초한 변조 시퀀스의 선택과 관련하여 언급된 과정의 확장을 나타낸다.

5. 단일 탐지기 구성에서, 임의 자이로의 전압 파형과 개별 비트 그리고 이들의 적분 및 미분의 디지탈 표시는 어떤 다른 자이로의 제 1 과 제 2 복조 모두에 직교하고, 어떤 자이로 파형의 변화와 개별 비트 변화의 디지탈 표시는 다른 자이로의 제 1 복조와 제 2 복조 모두에 직교하여야 한다.

6. 시퀀스 길이는, 충분한 루프 제어기 대역폭을 보장하기 위해 최소한의 길이(약 32 자이로 전이 주기)이어야 하는데, 이는 이같은 대역폭이 시퀀스 길이에는 반비례하기 때문이다.

상기 언급한 규칙 중에서, 수 1은 단일 축 시스템을 위해 절대적으로 필요한 것인 반면에, 수 4는 단일 탐지기를 사용하는 다축 시스템을 위해 절대적으로 필요하다. 또 상기 규칙 1 은 다수의 탐지기를 사용하는 다중축 시스템을 위해 만족되어야 한다. 상기에서는 바람직한 조건(혼선으로 인한 바이어스를 제거하는 것과 같은)을 설명하였으나, 상기 기재된 것과는 다른 규칙으로서 절대적으로 필요한 규칙은 없다.

V. 과변조(overmodulation)를 수행하기 위한 자이로 구성

도 6 은 자이로 위상 변조기를 구동하기 위한 계단 파형을 사용하도록 구성된 3축 광 섬유 샤낙 간섭계의 블록 선도(block diagram)이다. 도 6 의 배치는 단일 공급원(source, 46)과 단일 탐지기(48)를 사용하는 시스템에서 광학 코일(40,42,44)의 출력을 처리하기 위해 적절하다. 도 6의 회로와 그리고 관련된 계단 과변조(overmodulation) 파형은 다른 다수의 자이로 시스템에서 상응하는 이점을 제공하기 위해 본 발명에 따라서 용이하게 수정될 수 있다는 것이 당업자에 의해 평가되어진다.

도 6으로 돌아와서, 레이저 다이오드 공급원(laser diode source,46)은, 다중 송신하는 파장 디비젼(wavelength division)을 통해 에너지를 제공하여 공급원과 광학 예비증폭기(preamplifier)로서 작용하도록 구성된 희토류 금속 도정(rare earth-doped) 섬유(52)를 펌핑(pump)하도록 한다.

광대역 섬유 공급원(희토류금속 도핑 섬유)(52)에 의해 방사된 광선은, 제 1 (50/50) 커플러(56)와 한 쌍의 제 2 (50/50) 커플러 (58, 60)를 포함하는 스플리터 조합기 네트워크(splitter-combiner network, 54)로 적용된다. 상기 스플리터 조합기 네트워크(54)는 입사 광선을 4개 웨이브로 동일하게 분할하도록 작용한다. 상기 4개의 웨이브중 3개는 3개의 광학코일(40, 42, 44)로 전달되어, 3개 직교축에 대한 회전 속도를 측정하도록 한다. 상기 광선 에너지의 4번째는 회로의 일 부분을 형성하는 모니터 탐지기(62)로 전달되어, 광대역 섬유 공급원 예비증폭기(희토류 금속 도핑 섬유)(52)의 출력을 안정화시키도록 한다. 상기 회로는 새롭거나 필수적인 것이 아니어서 도 6 에서 자세히 도시하지 않았다.

다기능 통합된 광학 칩(optical chip, 64,66,68)은 광학 코일(40, 42, 44)에 각각 관련되어진다. 상기 칩은 y-접속 도파관이 증착되거나 확산된, LiNbO₃ 또는 LiTaO₃ 같은 전자-광학적 활성재료의 기판으로 만들어지며 한 분광기를 더욱더 포함하고, 스플리터/조합기 네트워크(54)와 광학 섬유 코일(40,42,44) 사이에 인터페이스(interface)로 작용하여 입력되는 광학 에너지를 두개의 비임으로 분리시키도록 하고 (다음에는 다시 결합시키도록 하며), 상기 코일과 위상 변조기내에서 반대방향 전파시키도록 하며, 상기 서로 반대방향 전파되는 비임 쌍사이에 인위전인 위상차를 적용시키도록 한다. 상기 칩(64,66,68) 각각은 위상 변조 기능을 통합하여 본 발명에 따라 결정된 과변조(overmodulation) 시퀀스에 영향을 미칠 수 있도록 한다. 상기 기능은 아날로그 파형에 반응한다. 상기 파형은 하기에서 설명되는 디지털-아날로그 변환기로부터 수신된다.

광학 코일(40,42,44)의 각각은 상기 언급한 다른 두개의 자이로에 적용된 파형과 관련하여부분적으로 선택된 분리 파형에 의해 변조된다. 디지털-아날로그 변환기(70, 72, 74)는 아날로그 전기 신호를 상기 칩(64, 66, 68) 각각에 제공하여 바람직한 광학 위상 이동을 발생시키도록 한다.

상기 자이로(40,42,44)의 위상 변조 광학 신호 출력은, 스플리터/조합기 네트 워크(54)를 통해 복귀하고 커플러(58, 56)에서 연속적으로 결합된다. 상기 결합된 신호는 다음에 파장 분할 멀티플렉싱 섬유 커플러(50)를 통하여 이제는 광학 예비증폭기로서 입력되는 광학 신호에 작용하는 광대역 섬유 소스(희토류 금속 도 핑 섬유)(52)로 전달된다. 이같은 결합 신호는 상기 공통된 광탐지기(48)에 적용되고, 여기서 광학적 세기(intensity)에 해당되는 상응하는 전류 또는 전압으로 변환된다. 상기 결과의 전기적 신호는 예비증폭기(preamplifier, 76)에 적용되고 다음에 아날로그 디지털 변환기(78)에 적용되어 3개의 디지털 속도 복조기(80,82,84)에 동시에 전달되는 디지털화되고 증폭된 신호를 발생시키도록 한다.

디지털 신호 프로세서(86)는 상기 레이트(rate) 복조기(80,82,84) 각각과 교신하여, 자이로 코일(40,42,44)과 연관된 변조기에 변조 파형을 부가하기 위해 디지털-아날로그 변환기(70,72,74)의 방향을 결정하기 위한 출력을 제공한다. 상기 레이트(rate) 복조기(80,82,84) 각각은, 동일한 결합된 출력 신호를 수용하는 동안에, 데이타 경로(88,90,92) 각각을 통해 신호 프로세서(86)로 부터 독특한 제 1 또는 레이트(rate) 복조 시퀀스를 수신한다. 다음에 신호 프로세서(86)가 버스(bus, 94,96,98)를 통해 각 축에 대한 복조 레이트(rate)를 수신한다. 레이트(rate) 복조기 각각의 출력은 직교축의 하나에 대한 레이트(rate) 에러 신호이다. 다음에 복조된 레이트(rate) 신호가 램프(ramp) 피드백(feedback) 신호를 발생시키기 위해 상기 신호 프로세서(86)에 의해 처리된다. 상기 램프 신호는 상기 변조 시퀀스로 추가되어 특정 자이로가 상기 복조기로부터 에러율 신호를 유도하도록 하여 상기 자이로가 제로로 될 수 있도록 한다.

변환기(48)에 의해 제공된 디지탈 신호는 위상 변조기 스케일인자 에러의 측정과 관련된 제 2 복조기(100,102,104)에 제공된다. 상기 복조기(100,102,104) 각각은 데이타 경로(106,108,110)를 통해 신호 프로세서(56)부터 독특한 제 2 또는 스케일 인자 복조 시퀀스를 수신한다. 신호 프로세서(56)는 버스(112,114,116)를 통해 각각의 축을 위한 복조된 스케일 인자 데이타를 수신한다. 스케일 인자 복조기의 출력 각각은 직교축 중 하나를 위한 스케일 인자 에러 신호이다. 복조된 스케일 인자 신호는 상주해 있는 스케일 인자 에러를 위한 보상을 발생시키기 위해 신호 프로세서(86)에 의해 처리된다. 상기와 같은 보상은 상이한 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 변조와 리셋(reset) 수치 뿐만 아니라 레이트(rate) 복조기(80, 82, 84)의 출력을 사용해서 발생된 디지털 램프(ramp) 신호는, 위상 변조 민감도 에러와 변화를 위해 보상하는 스케일 인자에 의해 곱해질 수 있다. 선택에 따라서는, D/A 변환기의 기준 전압이 조정되어 D/A 변환기로의 디지털 입력이 위상 변조기 민감도에 부합 할 수 있도록 할 수 있다. 도 6은 분리된 블럭처럼 레이트(rate)와 스케일 인자 복조기를 보여주는 반면에, 이들 장치가 충분하도록 제공된 신호 프로세서(86)내에서 이들 기능은 직접적으로 협력한다.

도 7 은 신호 프로세서(86) 조직의 블럭 선도(diagram)이다. 신호 프로세서(86)는 3개의 레이트(rate) 복조기(80,82,84) 각각에 독특한 기준 신호를 제공하며, 이에 따라 복조기의 출력 레이트(rate) 에러 신호를 받아들인다. 다음에 레이트(rate) 에러 신호가 다음에 오는 루프 전이 시간동안 변조기(64,66,68)를 구동하기 위한 피드백 및 변조 신호를 유도할 수 있도록 한다.

도 7과 관련된 도시와 설명은 단일 축에 대해 설명된 신호 프로세서의 작동의 상세함을 다소 단순화했다. 그러나 전술한 내용으로부터, 다음의 설명은 관련된 처리와 같은 다른 축에도 적용 가능하다는 것이 이해되어진다. 3개의 축에 관한 신호의 처리사이에서 차이점은 각 축에 지정된 변조 시퀀스 사이에서 차이점에서 유도된다. 상기의 내용으로부터 명백한 바와 같이, 결정식으로 유도된 계단 과변조(overmodulation) 파형에 기초한 복조 시퀀스를 선택하기 위한 과정은 다중축 시스템의 경우에 관련된 선택 규칙을 적용함에 있어 모든 축을 고려한다. 즉, 복조 시퀀스는 도 6에서 보여준 신호 탐지기(18)를 사용하는 3축 시스템을 위한 그룹으로 선택된다.

도 7과 관련하여, 다양한 신호 프로세서 기능이 개략적인 섹션(86)내에서 설명된다. 디지털 아날로그 변환기(70)의 출력 (이 출력은 레이트(rate) 복조기(84)에 복조된다)에 의해 변조된 자이로 축에 대하여 집중해서 보면, 이같은 축에 대한 고유한 복조 시퀀스가 제 1 복조/변조 발생기(118)로부터 수신된다. 상기 시퀀스는 결정식, 랜덤, 또는 유사랜덤이다. 상기에서 언급한 바와 같이, 제 1 복조/변조 발생기(118)로부터 수신된 시퀀스는 레이트(rate) 탐지기(48)로 적용되어, 상응하는 축에 대한 레이트(rate)에러 신호를 상기 탐지기(48)에서 수신된 합성 출력 신호로부터 추출하도록 한다. 결정식 과변조(deterministic overmodulation)가 사용된 경우에, 상기 발생기(118)는 +1과 -1 값의 사전에 프로그램된 시퀀스를 저장하기 위한 레지스터로 구성된다. 랜덤 과변조가 사용된 경우에, 상기 발생기(118)는 랜덤 시퀀스를 제공하는 랜덤수 발생기(random number generator)를 포함한다. 마지막으로, 유사-랜덤 과변조(overmodulation)를 사용하는 경우에, 상기 발생기(118)는 예정된 비트 길이의 레지스터와 결합하여 랜덤 수 발생기를 포함한다.

레이트(rate) 에러 신호는 램프 발생기(120)에 적용되어 자이로 위상 램프에 대응하는 디지털 시퀀스를 발생한다.

디지털 인터그레이터(integrator)(122)는 발생기(118)에서 디지털 제 1 복조 시퀀스를 수신한다. 상기 인터그레이터(122)는 도 3에서 도시된 바와 같은 맵핑에 대한 제 1 시퀀스에 의해 나타난 전이를 효과적으로 추적한다. 앞서 언급한 것처럼 제 1 복조 시퀀스에 의해 대표되는 전이는 부과된 인위적인 위상 전이를 디지털 복조 시퀀스에 관련시킨다. 상기 변조는 자이로 위상 변조기를 위한 구동 신호를 제공하기 위해 램프 발생기(120)에 의해 생성된 디지털 램프에 부가된다. 그러나 이용될 수 있는 제한된 구동 전압 범위를 수용하기 위해 2nπ의 범위를 커버하도록 상기 신호를 롤오버 또는 리세트하는 것이 필요하다.

롤오버 센서(rollover sensor, 124)는 디지털 비교기(comparator)이거나 이진 포맷(binary format) 디지털 데이타의 적절한 스케일에서 직접 기인되는 것으로서, 도 3의 맵핑에서 설명한 것처럼 롤오버 전이를 탐지하는데 사용된다. 롤오버 전이가 감지될 때, 감시 중에 있는 축의 제 2 복조 시퀀스는 그 축을 위한 제 2 복조 시퀀스를 발생하기 위해 상기 언급한 것처럼 저장된다. 버퍼(buffer, 126)는 제 2 복조 시퀀스을 받아들인다. 다음에 상기 제 2 복조는 A/D 변환기(78)에 의해 제공된 FOG 출력 신호의 디지털 표시에 영향을 미치는 제 2 복조기(104)에 적용된다. 제 2 복조기(104)는 스케일 인자 에러를 결정하고, 이를 배율기(multiplier,128)에 의해 보상하는데, 상기 배율기는 실제 위상 변조기 스케일 인자(또는 민감도)에 맞추기 위해 적절한 수치에 디지털 출력을 스케일하는 것이다.

상기 배율기(128)의 출력은 자이로 위상 변조기 민감도에 적절히 스케일된 변조와 램프 신호의 결합에 대한 디지털 표시를 포함한다. 상기 배율기(128)의 출력은 전자 광학 변조기(64)를 구동하기 위해 선택된 축의 D/A 변환기(70)에 적용된다.

광섬유 자이로스코프의 위상 변조기를 구동하기 위한 계단 파형의 선택에 관한 본 발명의 기술을 사용함에 따라, 상당한 바이어스 없이 낮은 랜덤 워크와 관련하여 과변조(overmodulation)의 이점을 이용할 수 있다. 상기 혼선의 영향이 결정식 또는 랜덤 변조 방법이 본 발명에 따라 사용되는 경우에 제거되며, 의미 있는 기간의 유사 랜덤 과변조(overmodulation)가 사용된다면 그와같은 영향은 무시된다.

도 8 은 최소한 랜덤 워크(random walk) 실행을 이행하기 위하여 본 발명에 따른 단일 축 샤낙 광섬유 간섭계의 단순 블럭선도이다. 섬유코일(130)은 도 6에 관한 요소(64,66,68)로서 언급된 형식의 통합된 광 칩(132)에 부착된다. Y-접속(Y-junction, 142)은 통합된 광 칩(132)에 통합되고 입사되는 광선은 시계방향과 반시계 방향 전파로 분리된다. Y-접속(142)에서 재결합 후에 출력 비임은 탐지기(138)로 향한다. (Y-접속의 베이스는 커플러(134)에 연결되는데, 그 한 브랜치는 광선 소스(136)에 연결되고, 다른 한 브랜치는 탐지기(138)에 연결된다. 그래서 반도체 또는 섬유 소스인 소스(136)에서 시작된 광선은 커플러(134)와 Y-접속(142)을 통해 섬유코일(130)에서 수신되고 코일(130)에 존재하는 광선은 Y-접속(142)에 의해 결합되고 커플러(134)를 통해 탐지기(138)로 향하게 된다.) 상기 탐지기(138)는 광학적 출력을 한 전기적 신호로 변환시키며, 이를 컨덕터(140)를 따라 도 6에서의 엘리먼트(76,78)로서 참조되는 앰프와 A/D 변환기로 적용되도록 한다. 자이로 변조와 제어는 도 6에서 도시된 것과 같은 장치의 단일 채널을 통해 수행되며, 한 자이로 구동 신호가 상기 도면의 엘리먼트(70)로서 참조되는 것과 같은 D/A 변환기에 의해 발생된다. 상기 구동 신호는 통합된 광 칩(132)의 위상 변조기를 제어한다. 따라서 단일 레이트(rate)와 제 2 복조기만이 자이로 축마다 사용된다는 것을 제외하고는 도 6과 7의 요지는 도 8의 단일축 간섭계에 그대로 적용된다.

비록 본 발명이 제시된 선호적인 실시예와 관련하여 기술되어지지만, 이에 한정되어지는 것은 아니다. 본 발명은 청구항에 의해서 제한되어지고, 등가의 발명의 범위 내에 포함되어진다.

도 1은 과변조의 영역으로 종래의 구형파(square wave) 변조를 설명하고 비교하기 위한 광섬유 자이로스코프(fiber optic gyroscope) 출력의 위상 이동의 함수로서 세기(intensity)의 그래프이다.

도 2는 광섬유 자이로 출력의 랜덤 노이즈(random noise) 구성요소와 광원 최대 세기 사이의 관계에 대한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 샤낙 간섭계(sagnac interferometer)의 위상 변조기를 구동하기 위한 파형(waveform)을 발생하기 위한 맵핑(mapping)이다.

도 4(a)와 4(b)는 샤낙 간섭계(sagnac interferometer)의 위상 변조기를 구동하기 위한 파형(waveform), 그리고 자이로 센서 코일 내에서 반대방향 전파하는 광선 비임들에 부과되는 인위적인 광학 위상 이동의 결과적 시퀀스이다.

도 5는 위상 이동의 함수로서 광학 섬유 자이로스코프의 출력의 세기(intensity)에 대한 그래프로서, 본 발명에 따라 발생된 인위적인 위상 이동의 시퀀스에 내포된 스케일 인자 에러의 교정을 설명하기 위한 도면 이다.

도 6은 직교 복조 시퀀스에 기초한 변조(modulation)를 사용하도록 된 3축 광학 섬유 샤낙 간섭계의 블럭 다이아그램이다.

도 7은 본 발명의 변조 과정의 실행을 설명하기 위한 블록 다이아그램이다.

도 8은 최소 랜덤 워크(random walk) 기준을 위해 본 발명에 따른 단축 광학 섬유 신호 간섭계의 개략적 다이아그램이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

40,42,44 : 코일 46 : 레이져 다이오드

48 : 단일 탐지기 50 : 커플러(coupler)

52 : 희토류 금속 도핑 섬유(rare earth-doped fiber)

54 : 네트워크

62 : 탐지기 64,66,68 : 칩

70,72,74 : 디지탈-아날로그 변환기 76 : 프리엠프

80,82,84 : 레이트(rate) 복조기 86 : 디지탈 신호 프로세서

88,90,92 : 데이타 경로 94,96,98,112,114,116 : 버스

100,102,104 : 제 2 복조기 106,108,110 : 데이타 경로

Claims

광원(light source); 상기 광원의 출력부로부터 한쌍의 광 비임을 만들고, 상기 비임들이 센서코일의 대향된 단부들로 향하게 하여 센서코일(Sensor coil)내에서 반대방향으로 전파하도록 하며, 출력신호를 제공하기 위하여 상기 센서코일(sensor coil)을 통하여 전파한 후에, 상기 비임을 재결합하기 위한 커플러(coupler); 상기 반대방향 전파되는 비임에 인위적인 광학 위상이동 부여하기 위한 변조기(modulator); 그리고 상기 출력신호로부터 회전속도 정보를 유도하기 위한 복조기(demodulator)를 포함하는 형태의 샤낙 간섭계(Sagnac interferometer)로 회전속도를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법이

a) 상기 변조기를 구동하여 반대방향으로 전달되는 광 비임에 인위적으로(artificially) 연속적인 위상 이동을 부과하도록 하며, 상기 위상 이동 각각의 지속 시간이 센서코일 이동시간과 동일하도록 하고, 그리고

b) a가 홀수의 정수이고 b가 1보다 큰 정수일 때, 상기 인위적인 위상이동 값을 ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b의 값으로부터 선택하도록 함을 특징으로 하는 과변조 이용 광섬유 자이로스코프에서 교차 결선을 극복하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 하나의 연속적인 위상이동(시퀀스)을 선택하기 위한 단계가 상기 값, ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b의 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 유도하는 것임을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 유도하는 단계가,

a) 상기 맵핑을 S 세그먼트로 나누는 단계, 여기서 각각의 세그먼트는 상기 위상 변조기를 구동하기 위한 스텝 파형(stepped waveform)의 값과 관련되며, S는 S × θ = 2πN 에 따른 양의 정수이며, 여기서 a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수일 때, θ는 │aπ/2b│, N은 정수이고;

b) 상기 스텝 파형의 값들을 상기 세그먼트(S)들로 할당하여, (i) 제 1 각 방향(angular direction)으로 인접한 세그먼트 사이에서 각각의 전이는, a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수일 때 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b의 단계와 동일하며, 반대의 각 방향(angular direction)으로 인접한 맵핑 세그먼트 사이에서의 각각의 전이는 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b의 단계와 동일하도록 하고, (ii) 각각의 값은 2π보다는 크지 않도록 하고, 그리고

c) 롤오버 축(rollover axis)에 의해 상기 제 1 각 방향(angular direction)에서 값이 감소하는 인접한 세그먼트들 사이에서 각각의 경계를 정하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 위상 변조기를 구동하기 위한 간을 선택하는 단계가

a) 제 1 방향으로 상기 맵핑의 모든 세그먼트들을 통과(traverse)시키는 단계, 그리고

b) 상기 제 1 방향과는 반대 방향으로 상기 맵핑의 모든 세그먼트들을 통과시키는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 유사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써, 상기 스텝 파형(stepped waveform)을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 불규칙하게 발생된(랜덤식) 시퀀스에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 사전에 결정된 방식으로 발생된(결정식) 시퀀스(deterministic sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 사전에 결정된 방식으로 발생된(결정식) 시퀀스(deterministic sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계가 다음을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.

a) 제 1 스텝 파형에 해당되는 1, 2차 복조 스퀀스를 발생시키고;

b) 상기 발생된 1차 복조 시퀀스와 2차 복조 시퀀스를 사전에 정해진 기준에 따라 비교하며;

c) 상기 사전에 정해진 기준이 만족되도록 하는 복조 시퀀스가 발생될 때까지, 하나이상의 추가 스텝 파형으로 상기 단계 a)와 단계 b)를 반복하고; 그리고

d) 상기 사전에 정해진 기준을 만족하는 복조 시퀀스에 해당하는 스텝 파형을 선택함.
제 8 항에 있어서, 선택된 시퀀스에 해당하는 1, 2차 복조 시퀀스를 발생시키는 단계가, +l 또는 -1을 상기 맵핑의 사전에 정해진 전이에 부여하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 1차 복조 시퀀스를 발생시키는 단계가,

a) +l을 상기 맵핑의 반시계 방향 전이 각각에 부여하는 단계; 그리고

b) -1을 상기 맵핑의 시계방향 전이 각각에 부여하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 2차 복조 시퀀스를 발생시키는 단계가,

a) +l을 한 전이과정이 상기 맵핑의 롤오버 축을 통과할 때마다 부여하는 단계; 그리고

b) -1을 한 전이과정이 롤오버 축과는 다른 축을 통과할 때마다 부여하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 복조 시퀀스들을 비교하는 단계가,

a) 상기 시퀀스들을 곱하는 때 엘리먼트(요소) 마다 곱하도록 하는 단계;

b) 상기 곱셈 결과를 합계하는 단계 포함함을 특징으로 하는 방법
제 12 항에 있어서, 상기 시퀀스 선택 단계가, 곱셈 결과의 합계가 영(0)이 되는 시퀀스를 선택하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 스텝 파형을 선택하는 단계가,

a) 상기 위상 이동 각각을 상기 1차 복조 시퀀스 엘리먼트(요소) 하나씩으로 곱하고;

b) 상기 곱셈 결과를 합하며; 그리고

c) 곱셈 결과의 합계가 영(0)이 되는 시퀀스를 선택하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 스텝 파형을 선택하는 단계가,

a) 상기 위상 이동 각각을 상기 2차 복조 시퀀스 엘리먼트(요소) 하나씩으로 곱하고;

b) 상기 곱셈 결과를 합하며; 그리고

c) 곱셈 결과의 합계가 영(0)이 되는 시퀀스를 선택하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 스텝 파형을 선택하는 단계가,

a) 상기 (하나의 연속적인 위상 이동) 시퀀스의 연속 위상 이동들 사이 전이 값(transition values)들을 계산하고;

b) 상기 계산된 전이 값 각각을 상기 1차 복조 시퀀스 엘리멘트(요소) 하나씩으로 곱하며;

c) 상기 곱셈 결과를 합계하고; 그리고

d) 곱셈 결과의 합계가 영(0)이 되는 시퀀스를 선택하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
샤낙 간섭계(Sagnac interferometer)의 위상 변조기를 구동하기 위한 파형을 만드는 방법에 있어서, 상기 방법이

a) (i) a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수이고, θ가 │aπ/2b│이며 N이 정수일 때, S × θ = 2πN 에 따른 양의 정수인 S 세그먼트로 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping) 나누어주고; (ii) 상기 위상 변조기를 구동하기 위한 값을 상기 세그먼트 각각에 부여하여, 제 1 각 방향(angular direction)으로 인접한 맵핑 세그먼트 사이의 전이 각각이 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b 이도록 하며, 상기 제 1 각 방향과는 반대방향으로 인접한 맵핑 세그먼트 사이의 전이 각각이 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b 이도록 하고;

b) 사전에 정해진 시퀀스에 따른 상기 맵핑이 상기 모든 세그먼트를 통하여 제 1 방향으로 통과 하도록 하며, 또한 상기 모든 세그먼트를 통하여 상기 제 1 방향과는 반대방향으로 통과하도록 하여 상기 스텝 파형을 발생시키도록 하고;

c) 상기 스텝 파형에 해당하는 1, 2차 복조 시퀀스를 발생시키도록 하며;

d) 사전에 정해진 기준에 따라 상기 1, 2차 복조 시퀀스를 비교하고;

e) 상기 사전에 정해진 기준을 만족시키는 복조 시퀀스가 발생될 때까지 상기 단계 b)를 반복하며;

f) 상기 사전에 정해진 기준을 만족시키는 복조 시퀀스에 해당하는 스텝 파형을 선택하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 광 자이로스코프에서 교차 결선을 극복하기 위한 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 기준은 서로에 대하여 직교성인 1, 2차 복조 시퀀스임을 특징으로 하는 방법.
한 쌍의 광선 비임이 광섬유 코일 내에서 서로 반대방향을 향하도록 되고, 루우프 전이 시간(루우프 통과시간) 각각 동안 상기 비임들로 부과된 인위적 위상이동에 의해 변조되는 형태의 회전 속도를 측정하기위한 방법에 있어서,

a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수일 때 ±aπ/2b와 ±(4b-a)π/2b의 값들 중에서 상기 위상 이동을 선택하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 위상 이동을 선택하는 단계가, 상기 변조기를 구동하기 위한 값의 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping)을 유도하는 단계가,

a) a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수이며, θ가 │aπ/2b│이고 N이 정수일 때, S × θ = 2πN 에 따른 양의 정수인 S 세그먼트로 상기 모듈로 2π 맵핑을 나누고;

b) 제 1 각 방향(angular direction)으로 인접한 맵핑 세그먼트들 사이의 전이 각각이, a는 홀수의 정수이고 b는 1보다 큰 정수일 때 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b에 해당하며, 상기 제 1 각 방향과는 반대방향으로 인접한 맵핑 세그먼트들 사이 전이 각각은, -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b 의 위상이동에 해당하도록, 상기 세그먼트 각각으로 상기 변조기를 구동하기 위한 한 값을 부여하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 변조기를 구동하기 위한 값을 선택하는 단계가,

a) 상기 모든 세그먼트들을 통하여 상기 맵핑을 제 1 각 방향(angular direction)으로 통과시키고; 그리고

b) 상기 모든 세그먼트들을 통하여 상기 맵핑을 상기 제 1 각 방향과는 반대방향으로 통과시키므로써, 상기 변조기를 구동하기 위한 값들을 선택하도록 하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

유사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

불규칙하게 발생된(랜덤식) 시퀀스에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,

결정식(사전에 정해진) 시퀀스(deterministic sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 결정식(사전에 정해진) 시퀀스(deterministic sequence)에 따라 상기 맵핑을 통과시킴으로써 스텝 파형을 유도하는 단계가 다음을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.

a) 상기 맵핑의 통과시킴(traversing of mapping)에 해당하는 1, 2차 복조 시퀀스를 발생시키고;

b) 사전에 정해진 기준에 따라 상기 발생된 1, 2차 복조 시퀀스들을 비교하며;

c) 상기 사전에 정해진 기준이 만족되는 복조 시퀀스들이 발생될 때까지, 하나이상의 추가 스텝 파형으로 상기 단계 a)와 b)를 반복하고; 그리고

d) 상기 기준을 충족시키는 복조 시퀀스들에 해당하는 스텝 파형을 선택함.
센서 코일 통과 시간(transit time)과 동일한 지속 시간을 가지는 광학 위상이동 시퀀스를 하나이상의 센서 코일 내에서 서로 반대방향 전파하는 한 쌍의 광선 비임에 적용하기 위한 위상 변조기(phase modulator), 그리고 하나이상의 축 둘레에서 회전 속도를 측정하기 위해 한 쌍이상의 비임을 결합하고 복조하기 위한 장치(means)를 포함하는 형태의 하나이상의 축 둘레에서 회전 속도를 측정하기 위한 사냑 간섭계(Sagnac interferometer)에 있어서,

a가 홀수의 정수이며 b가 1보다 큰 정수일 때, ±aπ/2b 및 ±(4b-a)π/2b의 인위적 위상 이동의 시퀀스를 부여하기 위한 스텝 파형을 유도하기 위하여, 상기 위상 변조기에 한 비트 시퀀스(bit sequence)를 제공하기 위한 발생기(generator)를 포함함을 특징으로 하는 광 자이로스코프에서 교차 결선을 극복하기 위한 샤낙 간섭계.
제 27 항에 있어서, 상기 발생기가 난수 발생기(random number generator)를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 사냑 간섭계.
광 섬유 자이로스코프의 위상 변조기를 구동하기 위한 스텝 파형을 발생시키기 위한 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping) 방법에 있어서,

a가 홀수의 정수이며 b가 1보다 큰 정수일 때, ±aπ/2b와 ±(4b-a)/2b 의 인위적 위상 이동이 자이로 센서 코일 내에서 서로 반대방향으로 전파하는 비임으로 부과되며,

a) 상기 맵핑장치가 폐쇄 원을 구성시키며;

b) 상기 원은, S 세그먼트(segment)로 나누어지는데, 이때 상기 세그먼트 각각은 스텝 파형의 값과 관련되어지고;

c) θ가 │aπ/2b│이며 N이 정수일 때, S는 S × θ = 2πN 에 따른 양의 정수이며;

d) 제 1 각 방향(angular direction)으로 인접한 세그먼트들 사이의 전이 각각이 aπ/2b 또는 -(4b-a)π/2b 에 해당하고, 상기 제 1 각 방향과는 반대방향으로 인접한 세그먼트들 사이의 전이 각각은 -aπ/2b 또는 (4b-a)π/2b 에 해당하도록 상기 세그먼트들의 값이 정해지도록 함을 특징으로 하는 광 자이로스코프에서 교차 결선을 극복하기 위한 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping) 방법.
제 30 항에 있어서, 상기 제 1 각 방향(angular direction)으로 값이 감소하는 인접한 세그먼트 사이에서 경계를 정하는 롤오버 축(rollover axis)을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 모듈로 2π 맵핑(modulo 2π mapping) 방법.