Brevet FR3027668A1 — publié le 20160429

CALCUL DE VITESSE DE ROTATION POUR UN GYROSCOPE 1NTERFÉROMÉTRIQUE À FIBRE OPTIQUE Pendant le fonctionnement d'un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO), des erreurs liées à la dérive peuvent apparaître au fil du temps. Pour corriger les erreurs liées à la dérive, le facteur d'échelle du GIFO peut être réétalonné. Pendant le fonctionnement, il peut se produire un événement qui dégrade les 5 performances du GIFO. Par exemple, un événement provoque le noircissement de la bobine à fibre optique du GIFO. Pour compenser cette dégradation, le facteur d'échelle du GIFO peut être réétalonné. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un procédé comprend la fourniture d'une entrée optique à un gyroscope interférométrique à fibre optique 10 (GIFO) à une première fréquence puis à une seconde fréquence différente ; la détection d'une différence dans les réponses du GIFO à l'entrée optique aux première et seconde fréquences ; et le calcul d'une vitesse de rotation en fonction de la différence et d'un terme de correction. Selon un autre aspect de la présente invention, un système comprend un 15 gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) ; une source de lumière à fibre optique pour fournir une entrée optique au GIFO à une première fréquence puis à une seconde fréquence différente ; un photodétecteur pour détecter les réponses du GIFO à l'entrée optique aux première et seconde fréquences ; et un processeur pour calculer une vitesse de rotation en fonction d'une différence des réponses et d'un 20 terme de correction. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, un procédé pour un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) comprend l'application d'une vitesse connue au GIFO et la détermination des facteurs d'échelle du GIFO pour les entrées optiques aux première et seconde fréquences ; la fourniture d'une entrée 25 optique au GIFO à la première fréquence et la détection d'une première réponse du GIFO; le basculement de l'entrée optique sur la seconde fréquence et la détection d'une seconde réponse du GIFO ; et l'utilisation d'une différence entre les première et seconde réponses, de la vitesse connue, et des facteurs d'échelle pour déterminer un terme de correction du GIFO. Le terme de correction représente la somme 30 d'erreurs dépendant du temps dans les première et seconde réponses du GIFO. Ces caractéristiques et fonctions peuvent être obtenues de façon indépendante dans divers modes de réalisation ou peuvent être combinées dans d'autres modes de réalisation. D'autres détails sur les modes de réalisation peuvent être considérés en référence à la description et aux dessins qui suivent. La figure 1 est une illustration d'un système comprenant un gyroscope interférométrique à fibre optique. La figure 2 est une illustration d'un procédé de calcul d'une vitesse de rotation dans le gyroscope interférométrique à fibre optique. La figure 3 est une illustration d'un procédé d'estimation d'erreurs dépendant 10 du temps pendant le fonctionnement du gyroscope interférométrique à fibre optique. En se référant à la figure 1, un système 100 de gyroscope interférométrique à fibre optique comprend un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) 110. Le GIFO 110 peut comprendre une bobine de détection à fibre optique 112, un système optique de séparation de faisceau 114, et un coupleur 116. Le système 100 15 comprend en outre une source de lumière à fibre 120, qui fournit une entrée optique au GIFO 110. Le système optique de séparation de faisceau 114 sépare l'entrée optique en deux faisceaux lumineux qui se propagent dans des directions opposées à travers la bobine de détection 112. Dès le retour au point d'entrée, ces deux faisceaux lumineux à propagation inverse quittent la bobine de détection 112, sont recombinés 20 par le système optique de séparation de faisceau 114, et subissent des interférences. Lorsqu'il y a une rotation autour d'un axe de la bobine de détection 112, les phases relatives des deux faisceaux sortants, et donc la position de leurs franges d'interférence, sont décalées selon la vitesse angulaire de la rotation. C'est ce que l'on appelle un déphasage de Sagnac. Le déphasage de Sagnac (0) peut être exprimé 25 par Ei , où L et D sont la longueur et le diamètre de la bobine de détection 112, ?^., est la longueur d'onde moyenne de la lumière de la source à vide, et n est la vitesse de rotation. Le système 100 comprend en outre un photodétecteur 130 pour détecter le déphasage de Sagnac. Le photodétecteur 130 présente une tension induite qui varie 30 avec l'intensité lumineuse. Un signal de sortie (par exemple, la tension induite) du photodétecteur 130 suit généralement le cosinus de la variation de phase entre les deux faisceaux sortant de la bobine de détection 112. La source de lumière à fibre 120 est configurée pour fournir l'entrée optique à une première fréquence au GIFO 110, et pour basculer ensuite sur une seconde fréquence. Par exemple, la source de lumière à fibre 120 peut comprendre une première source pour fournir la lumière à la première fréquence, une seconde source pour fournir la lumière à la seconde fréquence, et un commutateur optique pour basculer l'entrée optique entre les première et seconde sources. Le photodétecteur 130 détecte deux déphasages différents (réponses du GIFO). Le système 100 comprend en outre un processeur 140 servant à calculer la vitesse de rotation en réponse à une sortie du photodétecteur 130. Le processeur 140 10 peut aussi commander à la source de lumière à fibre 120 de basculer l'entrée optique entre les première et seconde fréquences. Il est fait une autre référence à la figure 2, qui illustre un procédé d'utilisation du système 100 pour détecter la vitesse de rotation. Au bloc 210, la source de lumière à fibre 120 fournit une entrée optique au GIFO 110 à une première fréquence, et 15 bascule ensuite sur une seconde fréquence différente. Deux déphasages de Sagnac différents sont produits. Le photodétecteur 130 détecte ces première et seconde réponses du GIFO 110. Au bloc 220, le processeur 140 détermine une différence dans les réponses du GIFO à l'entrée optique. La différence peut être déterminée en mesurant une 20 différence dans les tensions représentant les première et seconde réponses. Au bloc 230, le processeur 140 calcule la vitesse de rotation en fonction de la différence et d'un terme de correction. Un exemple d'une équation pour le calcul de la vitesse de rotation est fourni ci-dessous dans l'équation (4). Le terme de correction est calculé au préalable en fonction de premier et 25 second facteurs d'échelle prédéterminés aux première et seconde fréquences pour le GIFO 110. Par exemple, les facteurs d'échelle et le terme de correction peuvent être calculés au préalable en usine avant de mettre le GIFO 110 en service. Pendant le fonctionnement du GIFO 110, les biais et les premier et second facteurs d'échelle changent au fil du temps. Les facteurs contributifs comprennent les 30 modifications de l'axe d'entrée, la dégradation des fibres, et les variations de température. Pour un GIFO conventionnel, ces erreurs dépendant du temps devraient exiger un réétalonnage. Tel n'est pas le cas pour le GIFO 110. Tant que le décalage dans les premier et second facteurs d'échelle est à peu près le même, le terme de correction sera stable, et la vitesse de rotation peut toujours être calculée en fonction de la différence et du terme de correction. Autrement dit, la fonction au bloc 230 peut être répétée sans avoir à réétalonner le GIFO 110. Pendant le fonctionnement du GIFO 110, il peut se produire un événement 5 qui dégrade les performances du GIFO 110. Par exemple, un événement provoque le noircissement de la bobine de détection 112. Cet événement va provoquer le décalage des premier et second facteurs d'échelle de la même manière. Pour un GIFO conventionnel, l'événement devrait se traduire par un réétalonnage. Tel n'est pas le cas pour le GIFO 110. La fonction au bloc 230 peut être répétée sans avoir à 10 réétalonner le GIFO 110. Il est fait référence à la figure 3. Un procédé pour déterminer le terme de correction (C) va maintenant être décrit. Le système 100 peut être utilisé pour déterminer son propre terme de correction (C). Au bloc 310, les premier et second facteurs d'échelle (s. 2-1 et sF2) pour le 15 GIFO 110 sont déterminés. Une vitesse connue peut être appliquée au GIFO 110, la source de lumière à fibre 120 fournit une entrée optique au GIFO 110 à une première ou seconde fréquence (fi ou f2), le photodétecteur 130 mesure la réponse du GIFO, et le processeur 140 utilise un modèle pour déterminer le facteur d'échelle (BPI ou 5F2). Par exemple, le facteur d'échelle peut être dérivé à partir de 0 - 20 Au bloc 320, la source de lumière à fibre 120 fournit une entrée optique au GIFO 110 à la première fréquence (f1), et le photodétecteur 130 détecte la première réponse du GIFO 110. Ensuite, la source de lumière à fibre 120 bascule l'entrée optique sur la seconde fréquence (f2), et le photodétecteur 130 détecte la seconde réponse du GIFO 110. Ainsi, le photodétecteur 130 détecte deux déphasages de 25 Sagnac différents aux deux facteurs d'échelle différents (s F1 et SF2). Au bloc 330, le processeur 140 utilise une différence entre les première et seconde réponses, la vitesse connue, et les facteurs d'échelle pour déterminer le terme de correction (C) pour le GIFO 110. Un modèle pour le calcul du terme de correction (C) peut être dérivé comme suit. 30 Considérons le modèle suivant tiré de la norme IEEE 952-1997 (« IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros », « Guide des formats des spécifications relatives aux normes IEEE et procédures d'essai applicables aux gyroscopes interférométriques à fibre optique à axe unique ») : (1) où sO est le facteur d'échelle, est la réponse de sortie du GIFO 110, I est l'entrée optique au GIFO 110 (°/h), E est la sensibilité environnementale du GIFO 110 (°/h), D est la vitesse de dérive (°/h), et rOe r est le terme d'erreur de facteur d'échelle. Le terme I peut être réécrit ainsi n -CfLe terme Df représente les erreurs dépendant du temps, qui peuvent inclure la vitesse de dérive (D) ainsi que d'autres sensibilités environnementales (E). Ainsi, les première et seconde réponses à l'entrée optique aux première et seconde fréquences f1 et f2 sont présentées dans les équations (2) et (3). (2) (3) L'équation (4) exprime la vitesse de rotation connue (S2) par rapport aux réponses mesurées du GIFO, aux facteurs d'échelle mesurés (5F1 et , et au terme de correction (C) : (4) où DA_ + = C. Le terme de correction (C) représente la somme des erreurs dépendant du temps dans les première et seconde réponses du GIFO. Le terme de correction (C) peut être calculé à partir de l'équation (4). Au bloc 340, le processeur 140 peut stocker le terme de correction (C) pour une utilisation ultérieure dans le calcul de la vitesse de rotation. Les facteurs d'échelle (SFi et 5F2) peuvent être simplifiés jusqu'à une valeur constante. Par exemple, si (11' -1/5 =2, le processeur 140 peut utiliser l'équation (5) pour -3 ri calculer la vitesse de rotation. (5) Il n'y a pas de différence minimale ou maximale entre les première et seconde fréquences, tant que les deux fréquences peuvent mesurer avec précision la vitesse de rotation. Chaque fréquence dépend du type de fibre, de la modulation de phase, de la courbure de la bobine, et de la longueur de la bobine. Les fréquences peuvent être des fréquences infrarouges. Le système et le procédé décrits ici ne sont pas limités aux exemples ci-dessus. Par exemple, la source de lumière à fibre peut fournir de la lumière à plus de deux fréquences d'entrée. Chaque fréquence supplémentaire peut être utilisée pour valider l'étalonnage effectué aux première et seconde fréquences. Le GIFO 110 peut avoir une configuration soit en boucle ouverte soit en boucle fermée. Le GIFO 110 peut être actif ou passif, multimode ou monomode, numérique ou analogique. Les applications caractéristiques pour le système 100 comprennent des systèmes de surveillance, de stabilisation et de navigation par inertie. Bien qu'un système 100 comportant un seul GIFO 110 ait été décrit ci-dessus, un système selon l'invention n'est pas limité. Un système multi-axial peut comprendre un GIFO 110 pour chaque axe. Chaque GIFO 110 peut avoir son propre terme de correction. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci- dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé comprenant : la fourniture d'une entrée optique à un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) (110) à une première fréquence puis à une seconde fréquence différente ; la détection d'une différence dans les réponses du GIFO (110) à l'entrée optique aux première et seconde fréquences ; et le calcul d'une vitesse de rotation en fonction de la différence et d'un terme de correction. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le terme de correction représente la 10 somme d'erreurs dépendant du temps dans les réponses du GIFO (110). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vitesse de rotation n'est pas calculée en fonction d'un facteur d'échelle étalonnée. 15 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le terme de correction est calculé au préalable en fonction des premier et second facteurs d'échelle initiaux correspondant aux première et seconde fréquences. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre la continuation de la 20 répétition du calcul de la vitesse de rotation sans étalonnage des deux facteurs d'échelle s'il se produit des erreurs dépendant du temps ou un événement qui provoque le décalage des deux facteurs d'échelle de la même manière. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vitesse de rotation (S2) est calculée 25 par où SFi et SF2 sont des facteurs d'échelle prédéterminés du GIFO (110) correspondant aux première et seconde fréquences, C est le terme de correction, et est la différence dans les réponses du GIFO (110) à l'entrée optique aux première et seconde fréquences. 7. Système (100) comprenant : un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) (110) ; une source de lumière à fibre optique (120) pour fournir une entrée optique au GIFO (110) à une première fréquence puis à une seconde fréquence différente ; un photodétecteur (130) pour détecter les réponses du GIFO (110) à l'entrée optique aux première et seconde fréquences ; et un processeur (140) pour calculer une vitesse de rotation en fonction d'une différence des réponses et d'un terme de correction. 8. Système (100) selon la revendication 7, dans lequel le terme de correction représente la somme d'erreurs dépendant du temps dans les réponses du GIFO (110). 9. Système (100) selon la revendication 7, dans lequel la vitesse de rotation n'est pas calculée en fonction d'un facteur d'échelle étalonnée. 10. Système (100) selon la revendication 7, dans lequel le terme de correction est calculé au préalable en fonction des premier et second facteurs d'échelle d'origine aux première et seconde fréquences. 11. Système (100) selon la revendication 10, comprenant en outre le calcul de façon répétée de la vitesse de rotation sans étalonnage des deux facteurs d'échelle s'il se 25 produit des erreurs dépendant du temps ou un événement qui provoque le décalage des deux facteurs d'échelle de la même manière. 12. Système (100) selon la revendication 7, dans lequel la vitesse de rotation (S2) est calculée par 30 _où SFi et SF2 sont des facteurs d'échelle prédéterminés du GIFO (110) correspondant aux première et seconde fréquences, C est le terme de correction, et est la différence dans les réponses du GIFO (110) à l'entrée optique aux première et seconde fréquences. 13. Procédé pour un gyroscope interférométrique à fibre optique (GIFO) (110) comprenant : l'application d'une vitesse connue au GIFO (110) et la détermination des facteurs d'échelle du GIFO (110) pour les entrées optiques aux première et seconde fréquences ; la fourniture d'une entrée optique au GIFO (110) à la première fréquence et la détection d'une première réponse du GIFO (110) ; le basculement de l'entrée optique sur la seconde fréquence et la détection d'une seconde réponse du GIFO (110) ; et l'utilisation d'une différence entre les première et seconde réponses, de la vitesse connue, et des facteurs d'échelle pour déterminer un terme de correction du GIFO (110) représentant la somme des erreurs dépendant du temps dans les première et seconde réponses du GIFO (110). 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le terme de correction (C) est calculé à partir de où n est la vitesse connue, SFi et SF2 sont les facteurs d'échelle correspondant aux première et seconde fréquences de l'entrée optique, différence des première et seconde réponses du GIFO (110).