(57)【要約】【課題】実際の回転および振動情報に関連する不要な信号成分、およびＩＯＣからの光グリッチなど変調により誘導される誤差を低減し、角速度出力を決定するジャイロスコープを提供する。【解決手段】このジャイロスコープ１０は、第１のバイアス変調周波数で角速度測定値を復調して、角速度信号を決定するよう構成された第１の復調器２２と、第２のバイアス変調周波数で角速度測定値を復調して、ＡＲＷ情報を含む信号を提供するよう構成された第２の復調器２４とを含む。このジャイロスコープは、メモリ内に格納されることになるＡＲＷに比例する出力を提供するＡＲＷ推定器２５をさらに含む。第２のバイアス変調周波数は、第１のバイアス変調周波数の偶数次高調波である。このジャイロスコープはまた、第２の復調器の角速度測定入力をフィルタ処理するためのフィルタを含む。【選択図】図２
2010156677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の変調周波数で角速度測定値を復調し、前記角速度信号を決定するよう構成された第１の構成要素（２２）と、
第２の変調周波数で前記角速度測定値を復調し、ＡＲＷ情報を含む信号を提供するよう構成された第２の構成要素（２４）と、
前記第１および第２の構成要素によって復調された前記角速度測定値に基づいて前記角速度信号を決定するよう構成された第３の構成要素（１６）と、
を含む角速度信号を決定するためのジャイロスコープ（１０）。
【請求項２】
前記第２の変調周波数は、前記第１の変調周波数の偶数次高調波または前記第１の変調周波数であり、前記第２の復調器の出力をフィルタ処理するよう構成されたフィルタをさらに含み、前記フィルタはバンドパスフィルタであり、そして復調器およびローパスフィルタを含み、前記ジャイロスコープは閉ループ光ファイバジャイロスコープである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の構成要素の出力を受信し、ＡＲＷに比例する値を出力するよう構成されたＡＲＷ推定器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度出力を測定するためのジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）の重要な要件は、健全性診断のためにその健全性の状態または精度を監視する能力である。ＦＯＧを含むほとんどのナビゲーションシステムでは、角度酔歩（角度ランダムウオーク：ＡＲＷ）がナビゲーション誤差の主な原因である。ＡＲＷは、他のタイプの誤差（例えば倍率やバイアス誤差）とは無関係で、角速度計算に直接影響を与える単位時間の平方根当たりの度数を単位として測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＡＲＷモニタは、健全性診断のための貴重な情報を提供することができる。ＡＲＷの監視に使用される現在のシステムおよび方法は、実際のＡＲＷの代わりに、ＡＲＷに影響を与えるパラメータを間接的に監視するだけである。こうした間接的なＡＲＷの決定は、追加の維持費用、および誤警報や誤やまった否定を含む精度問題をもたらし得る。また、これらのシステムは、システムサイズ、重量、および消費電力を負の方向に増やす多数のパラメータ監視装置を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、ジャイロスコープは、第１の変調周波数で角速度測定値を復調して、角速度出力を決定するよう構成された第１の構成要素と、第２の変調周波数で角速度測定値を復調して、ＡＲＷ出力を決定するよう構成された第２の構成要素とを含む。また、このジャイロスコープは、ＡＲＷ出力を格納するよう構成されたメモリを含む。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、第２の変調周波数は、第１の変調周波数の偶数次高調波である。
本発明のさらなる態様によれば、このジャイロスコープはまた、第２の復調器の角速度測定入力をフィルタ処理するためのフィルタを含む。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態について、以下の図面を参照して、以下で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成されるジャイロスコープの一例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成される信号処理回路の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って形成される信号処理回路の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って使用されるフィルタの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、角速度出力の角度酔歩（ＡＲＷ）を測定するための構成要素を有するジャイロスコープである。図１は、本発明の一実施形態例に従って形成される光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）１０の簡易化された閉ループアーキテクチャを示す。ＦＯＧ１０は、集積光学回路（ＩＯＣ）１２を有する回転感知ループを含む。ＦＯＧ１０は、光検出回路（ＰＤＣ）１４、ＡＲＷモニタを備える信号処理回路（ＳＰＣ）１６、および集積光学駆動回路（ＩＯＤＣ）１８も含む。
【０００９】
ＦＯＧ１０は、ＩＯＣ１２の光ファイバコイルの周りを反対方向（例えば時計回り（ＣＷ）方向および反時計回り（ＣＣＷ）方向）に移動する２つの光線の間の位相の差を決定することによって、角速度または特定の回転軸の周りの速度を測定する。ＩＯＣ１２からのアナログ位相出力信号は、ＰＤＣ１４に伝えられる。ＰＤＣ１４は、アナログ位相出力信号を増幅し、変調されたデジタル位相シフトデータに変換する。次いで、ＰＤＣ１４のデジタル位相シフトデータは、ＳＰＣ１６に伝えられる。ＳＰＣ１６は、復調し、ＡＲＷについて監視し、統合し、次いで統合された結果をＩＯＤＣ１８に伝える。ＩＯＤＣ１８は、ＳＰＣ１６から受信された信号をアナログ位相シフトデータに変換し、それを増幅し、次いで、フィードバックループを介して、増幅されたアナログ位相シフトデータをＩＯＣ１２に伝える。次いで、ＩＯＣ１２は、受信したアナログ位相シフトデータを使用して、ＩＯＣ１２の光学コイルの周りを移動する２つの光線間の位相シフトを相殺する。
【００１０】
図２は、本発明の一実施形態に従って形成されるＦＯＧ２０のＳＰＣ１６−１構成要素を示す。ＳＰＣ１６−１は、ＡＲＷ推定器２５に結合されているＡＲＷ復調器２４、レートアキュムレータ２６に接続されているレート復調器２２、および変調器２８を含む。レート復調器２２、レートアキュムレータ２６、および変調器２８は、デジタル位相シフトデータをＩＯＤＣ１８に提供して、回転によって誘起される位相シフトを相殺する。
【００１１】
一実施形態において、レート復調器２２およびＡＲＷ復調器２４は、ＰＤＣ１４からデジタル位相シフトデータを受信する。ＡＲＷ復調器２４は、逆回転レートまたは機械振動信号が復調される信号に影響を与えないように、所定の変調周波数でバイアスされる。この所定の周波数でＡＲＷ復調器２４をバイアスすることによって、ＩＯＣ１２−１から受信された、変調された信号に影響を与えるノイズのみがＡＲＷに関連する。所定の変調周波数の正確な選択は、実際のＡＲＷを決定するのに極めて重要である。というのは、レート復調器２２のバイアス変調周波数の周囲の周波数帯域は、実際の回転レートによって破損されるのに対して、かなり高い周波数帯域は、機械的振動によって破損されるからである。
【００１２】
用途に応じて、回転レートは、基底帯域から２、３ヘルツまたはＤＣから数百ヘルツとすることができる。振動信号は、２、３ヘルツから数キロヘルツに及び得る。音響誘導信号は、数十ヘルツから数キロヘルツに及ぶ。こうした範囲のすべては、バイアス変調周波数、またはバイアス変調周波数の奇数高調波に関するものである。
【００１３】
バイアス変調周波数の偶数高調波周波数で、復調された信号のノイズ測定は、本質的に回転または振動信号がない。したがって、これらの偶数高調波の周囲の狭帯域内でバイアス変調周波数を選択することによって、復調された信号は、実際のＡＲＷ情報を提供することができる。一実施形態において、ＡＲＷ復調器２４は、レート復調器２２のバイアス変調周波数の２倍でバイアスされる。別の実施形態において、ＡＲＷ復調器２４は、レート復調器２２のバイアス変調周波数の４倍でバイアスされる。
【００１４】
図２に示されるように、ＡＲＷ復調器２４からの「ＡＲＷ出力」は、ＡＲＷに比例する信号ではなく、むしろ分散の平方根（標準偏差）がＡＲＷに比例するということである。したがって、ＡＲＷに比例する信号を取得するために、ＡＲＷ復調器２４の出力に対する追加の機能が実行される。一実施形態において、追加の機能は、標準偏差計算、または高速フーリエ変換ベースのスペクトル密度など、分散に関連する他の何らかの類似の方法とすることができる。この機能は、ジャイロプロセッサＳＰＣ１６、システムプロセッサ（図示せず−慣性航法装置（ＩＭＵ）など、より大きいシステムに統合されるジャイロ）、または顧客のシステム（図示せず）に存在し得る。ＡＲＷ推定器２５は、ＡＲＷに比例する出力を提供する機能を実行する。次いで、ＡＲＷ推定器２５の出力がメモリに送信される。ＡＲＷ復調器２４の出力が直接メモリに行く可能性は低い（しかし、あり得る）。というのは、この時点におけるデータレートは、非常に高く（４０ｋＨｚ以上）、したがってかなり多くのメモリを必要とすることになるからである。
【００１５】
一実施形態において、メモリは、受信された比例するＡＲＷ出力がＦＯＧ２０の全体的な健全性を決定するために追跡される外部健全性監視装置（図示せず）に含まれる。
図３は、本発明の別の実施形態に従って形成されるＦＯＧ３０のＳＰＣ１６−２構成要素を示す。ＳＰＣ１６−２は、フィルタ４０に接続されているＡＲＷ復調器３４、レートアキュムレータ３６に接続されているレート復調器３２、および変調器３８を含む。この実施形態において、ＡＲＷ復調器３４は、デジタル位相シフトデータをフィルタ４０に送信する。一実施形態において、フィルタ４０は、所定のＡＲＷバイアス周波数の周囲の周波数帯域で、ＰＤＣ１４からの変調された位相シフトデータ信号をフィルタ処理するために使用されるバンドパスフィルタを含む。
【００１６】
ＡＲＷ復調器３４からの信号は、破損信号からの任意の影響をさらに低減するために、所定の周波数帯域を選択するために、フィルタ処理される。例えば、ＡＲＷモニタは、ＩＯＣ１２によってもたらされる光グリッチにより、非常に低い周波数（１Ｈｚよりはるかに低い）でいくつかの破損信号を有し得る。フィルタ４０は、破損信号がないＡＲＷ情報を有する周波数成分のみを通すために最適化される通過帯域を有する。
【００１７】
別の実施形態において、フィルタ４０は、時間領域と周波数領域との間で受信データを変換するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用しやすくする処理回路を含む。バンドパスフィルタ４０またはＦＦＴは、実際の回転および振動情報に関連する不要な信号成分、およびＩＯＣからの光グリッチなど変調により誘導される誤差を低減するのを助ける。
【００１８】
図４は、ＡＲＷ復調器２４の後に配置されるフィルタ４０−１の一例を示す。フィルタ４０−１は、変調により誘導される誤差などの破損信号がない所定の周波数でバイアスされるフィルタ復調器５２を含む。フィルタ復調器５２の後には、例えば、所定の期間にわたってフィルタ復調器出力を蓄積するアキュムレータ５４などのローパスフィルタがある。蓄積期間の最後に、アキュムレータの最終カウントがレジスタ５６に保存され、次いで、アキュムレータ値は、ゼロにリセットされる。このプロセスは、フィルタ復調器出力のローパスフィルタリングを提供するだけでなく、データレートを低減し、このことは、ＡＲＷデータをメモリに保存し、さらに診断アルゴリズムによって処理することができるようになる前に必要となり得る。ローパスフィルタリングを行うためにアキュムレータ５４およびレジスタ５６を使用することは、処理サイクルまたはＦＰＧＡまたはＡＳＩＣゲートに関して、非常に効率的な方法である。復調器と、それに続くローパスフィルタによるフィルタリングによって、ＡＲＷ復調器出力の非常に狭い周波数帯域を選択することができ、したがって、破損信号の除去をかなり向上させる。
【００１９】
独占的な所有権または特権が請求される本発明の実施形態は、以下のように定義される。
【符号の説明】
【００２０】
１０  光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）
１２  集積光学回路（ＩＯＣ）
１４  光検出回路（ＰＤＣ）
１６  信号処理回路（ＳＰＣ）
１８  集積光学駆動回路（ＩＯＤＣ）
２０  ＦＯＧ
２２  レート復調器
２４  ＡＲＷ復調器
２６  レートアキュムレータ
２８  変調器
３０  ＦＯＧ
３２  レート復調器
３４  ＡＲＷ復調器
３６  レートアキュムレータ
３８  変調器
４０  フィルタ
５２  フィルタ復調器
５４  アキュムレータ
５６  レジスタ
【図１】
2010156677.tif 000003
【図２】
2010156677.tif 000004
【図３】
2010156677.tif 000005
【図４】
2010156677.tif 000006
【外国語明細書】
2010156677000001.pdf