(57)【要約】  センサアレイは、復調位相オフセットを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角を誘導するパラメータを使用する。センサアレイからの出力信号がフィルタリングされ、フィルタリングされた信号を生成する。フィルタリングされた信号の使用によって、復調位相オフセットと独立に位相角が計算される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサアレイが、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する、方法であって、
前記センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するステップと、
前記フィルタリングされた信号の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記センサアレイからの出力信号をサンプリングしてｎ＝０〜ｘである複数のサンプルＳｎを取得するステップをさらに含み、
前記フィルタリングされた信号の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算する前記ステップは、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するステップを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算する前記ステップは、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するステップであって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、ステップと、
前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算するステップと、
を含む方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、前記出力信号は周期Ｔｐｕｌｓｅを含み、前記センサアレイからの前記出力信号をサンプリングしてｎ＝０〜ｘである前記複数のサンプルＳｎを取得する前記ステップは、
前記センサアレイからの前記出力信号をサンプリングして周期Ｔｓ内において複数のサンプルＳｎを取得するステップであって、ｎ＝０〜ｘであり、ＴｓがＴｐｕｌｓｅ以下である、ステップを含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算する前記ステップは、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するステップであって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、ステップと、
前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項を計算する前記ステップであって、前記１つ又は複数の直交項のうちの前記１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの前記１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、前記ステップは、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、直交項の集合Ｑｊ及び同相項の集合Ｉｋを計算するステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、計算するステップと、
以下の直交項を計算するステップであって、Ｑｓは、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、ステップと、
【数１】
2007527647.tif 000013
以下の同相項を計算するステップであって、Ｉｓは、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、ステップと、
【数２】
2007527647.tif 000014
前記直交項Ｑｓの最大マグニチュード及び前記同相項Ｉｓの最大マグニチュードが、前記位相生成搬送波のための動作範囲の変調深さＭについて実質的に同じマグニチュードを含むように定数Ｃ１を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、ｘ＝７、ｙ＝３、ｚ＝１であり、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記直交項の集合Ｑｊ及び前記同相項の集合Ｉｋを計算する前記ステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、前記ステップは、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ４を計算するステップと、
Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ５を計算するステップと、
Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ６を計算するステップと、
Ｑ３＝Ｓ３−Ｓ７を計算するステップと、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ６）を計算するステップと、
Ｉ１＝（Ｓ１＋Ｓ５）−（Ｓ３＋Ｓ７）を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、ｘ＝１５、ｙ＝７、ｚ＝３であり、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記直交項の集合Ｑｊ及び前記同相項の集合Ｉｋを計算する前記ステップであって、ｊ＝０〜ｙであり、ｋ＝０〜ｚである、前記ステップは、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ８を計算するステップと、
Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ９を計算するステップと、
Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ１０を計算するステップと、
Ｑ３＝Ｓ３−Ｓ１１を計算するステップと、
Ｑ４＝Ｓ４−Ｓ１２を計算するステップと、
Ｑ５＝Ｓ５−Ｓ１３を計算するステップと、
Ｑ６＝Ｓ６−Ｓ１４を計算するステップと、
Ｑ７＝Ｓ７−Ｓ１５を計算するステップと、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ８）−（Ｓ４＋Ｓ１２）を計算するステップと、
Ｉ１＝（Ｓ１＋Ｓ９）−（Ｓ５＋Ｓ１３）を計算するステップと、
Ｉ０＝（Ｓ２＋Ｓ１０）−（Ｓ６＋Ｓ１４）を計算するステップと、
Ｉ１＝（Ｓ３＋Ｓ１１）−（Ｓ７＋Ｓ１５）を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算する前記ステップは、
前記直交項Ｑｓのマグニチュード及び前記直交項の集合Ｑｊの１つ又は複数の直交項から直交項Ｑを計算するステップと、
前記同相項Ｉｓのマグニチュード及び前記同相項の集合Ｉｋの１つ又は複数の同相項から同相項Ｉを計算するステップと、
量Ｑ／Ｉのアークタンジェントから前記出力信号の前記位相角φを計算するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
センサアレイが、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する、装置であって、
前記センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するフィルタコンポーネントと、
前記フィルタリングされた信号を使用して、前記復調位相オフセットβと独立な前記位相角φを計算するプロセッサコンポーネントと、
を備えた装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、ｎ＝０〜ｘである前記フィルタリングされた信号の複数のサンプルＳｎを取得し、
前記プロセッサコンポーネントは、前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数を使用して、前記復調位相オフセットβと独立な前記位相角φを計算する、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記出力信号の前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数を使用して、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算し、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記位相生成搬送波の前記復調位相オフセットβと実質的に独立であり、
前記プロセッサコンポーネントは、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項を使用して、前記位相角φを計算する、装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置において、前記出力信号は周期Ｔｐｕｌｓｅを含み、前記プロセッサコンポーネントは、ＴｓがＴｐｕｌｓｅ以下である周期Ｔｓ内において前記複数のサンプルＳｎを取得する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記出力信号の前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数を使用して、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算し、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記位相生成搬送波の前記復調位相オフセットβと実質的に独立であり、
前記プロセッサコンポーネントは、前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項を使用して、前記位相角φを計算する、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、前記１つ又は複数の直交項のうちの前記１つ又は複数は直交項Ｑｓを含み、前記１つ又は複数の同相項のうちの前記１つ又は複数は同相項Ｉｓを含み、
前記プロセッサコンポーネントは、前記複数のサンプルＳｎ、前記直交項Ｑｓ、及び前記同相項Ｉｓのうちの１つ又は複数を使用して、前記位相角φを計算する、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記複数のサンプルＳｎを使用して、ｊ＝０〜ｙでありｋ＝０〜ｚである、直交項の集合Ｑｊ及び同相項の集合Ｉｋを計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項の集合Ｑｊ及び前記同相項の集合Ｉｋを使用して、前記直交項Ｑｓ及び前記同相項Ｉｓを計算する、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは定数Ｃ１を計算し、前記プロセッサコンポーネントは、次の式を計算し、
【数３】
2007527647.tif 000015
前記プロセッサコンポーネントは、次の式を計算し、
【数４】
2007527647.tif 000016
前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項Ｑｓのマグニチュード及び前記同相項Ｉｓのマグニチュードが、前記位相生成搬送波のための動作範囲の変調深さＭにおいて実質的に同じマグニチュードを含むように前記定数Ｃ１を計算する、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項Ｑｓ及び前記直交項の集合Ｑｊを使用して、直交項Ｑを計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、前記同相項Ｉｓ及び前記同相項の集合Ｉｋを使用して、同相項Ｉを計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｑ＝±ＱＳ
を計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｉ＝±ＩＳ
を計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、前記直交項の集合Ｑｊを使用して、Ｑの符号を決定し、
前記プロセッサコンポーネントは、前記同相項の集合Ｉｋを使用して、Ｉの符号を決定し、
前記プロセッサコンポーネントは、
φ＝ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｑ／Ｉ）
を計算する、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、ｘ＝７、ｙ＝３、及びｚ＝１であり、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ４、Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ５、Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ６、及びＱ３＝Ｓ３−Ｓ７
を計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ６）、及びＩ１＝（Ｓ１＋Ｓ５）−（Ｓ３＋Ｓ７）
を計算する、装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置において、ｘ＝１５、ｙ＝７、及びｚ＝３であり、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ８、Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ９、Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ１０、Ｑ３＝Ｓ３−Ｓ１１、Ｑ４＝Ｓ４−Ｓ１２、Ｑ５＝Ｓ５−Ｓ１３、Ｑ６＝Ｓ６−Ｓ１４、及びＱ７＝Ｓ７−Ｓ１５
を計算し、
前記プロセッサコンポーネントは、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ８）−（Ｓ４＋Ｓ１２）、Ｉ１＝（Ｓ１＋Ｓ９）−（Ｓ５＋Ｓ１３）、Ｉ２＝（Ｓ２＋Ｓ１０）−（Ｓ６＋Ｓ１４）、及びＩ３＝（Ｓ３＋Ｓ１１）−（Ｓ７＋Ｓ１５）
を計算する、装置。
【請求項２１】
請求項１０に記載の装置において、前記位相生成搬送波の前記周期Ｔｐｇｃは、１／Ｔｐｇｃに等しい周波数ｆｐｇｃを含み、該周波数ｆｐｇｃは約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚであり、前記位相生成搬送波は、約１．０ラジアン〜１．７ラジアンの変調深さＭを含み、前記フィルタコンポーネントは、約１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚにおいて３ｄＢロールオフ周波数を含む、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記フィルタコンポーネントは４次ベッセルローパスフィルタを備える、装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置において、前記フィルタコンポーネントは４次実数極フィルタを備える、装置。
【請求項２４】
センサアレイが、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する、物品であって、
１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体と、
前記センサアレイからの出力信号をフィルタリングして、フィルタリングされた信号を生成するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
前記フィルタリングされた信号の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
を備えた物品。
【請求項２５】
請求項２４に記載の物品において、前記フィルタリングされた信号をサンプリングして、ｎ＝０〜ｘである複数のサンプルＳｎを取得するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段をさらに備え、
前記フィルタリングされた信号の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の前記手段は、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段を備える、物品。
【請求項２６】
請求項２５に記載の物品において、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の前記手段は、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段であって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
を備える物品。
【請求項２７】
請求項２６に記載の物品において、前記出力信号は周期Ｔｐｕｌｓｅを含み、前記センサアレイからの前記出力信号をサンプリングして、ｎ＝０〜ｘである前記複数のサンプルＳｎを取得するための、前記１つ又は複数の媒体内の前記手段は、
前記センサアレイからの前記出力信号をサンプリングして、周期Ｔｓ内において複数のサンプルＳｎを取得するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段であって、ｎ＝０〜ｘであり、ＴｓがＴｐｕｌｓｅ以下である、１つ又は複数の媒体内の手段を備える、物品。
【請求項２８】
請求項２７に記載の物品において、前記複数のサンプルＳｎの前記１つ又は複数の使用によって、前記復調位相オフセットβと独立に前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の前記手段は、
前記複数のサンプルＳｎの１つ又は複数の使用によって１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段であって、前記１つ又は複数の直交項のうちの１つ又は複数及び前記１つ又は複数の同相項のうちの１つ又は複数は、前記復調位相オフセットβと実質的に独立である、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
前記１つ又は複数の直交項及び前記１つ又は複数の同相項の使用によって前記位相角φを計算するための、前記１つ又は複数の媒体内の手段と、
を備える物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には信号処理に関し、より詳細には、光ファイバセンサアレイからの信号の復調に関する。
関連出願の相互参照
本願は、本願と同じ譲受人に譲渡された、以下の出願に関連する。２００３年６月２０日に出願されたその出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【０００２】
David B. Hallによる「CALCULATION OF SENSOR ARRAY INDUCED PHASE ANGLE INDEPENDENT FROM DEMODULATION PHASE OFFSET OF PHASE GENERATED CARRIER」
政府の権利について
アメリカ合衆国政府は、米国海軍省によって授与された契約第Ｎ０００２４−０２−Ｃ−６３０５号に従って、本発明における権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
時分割多重式（「ＴＤＭ」）システムの光ファイバセンサアレイは、パラメータ、たとえば、音響振動、流体圧変動、加速度、及び磁界強度の変化を測定するのに使用されることが多い。光ファイバセンサアレイは、周期Ｔを有する位相生成搬送波を使用して、所与のサンプリングレートでパラメータの変化を測定する。光ファイバセンサアレイは、パラメータに関連する位相角を、光出力パルス上の振幅変動に変換する。
【０００４】
位相角は、出力パルスの種々の復調技法によって測定される。典型的な復調技法は、出力パルスの直交成分Ｑ及び同相成分Ｉを使用する。直交成分Ｑは、位相角の正弦（サイン）に対応し、同相成分Ｉは、位相角の余弦（コサイン）に対応する。比Ｑ／Ｉのアークタンジェントは位相角に等しい。パラメータの変化のマグニチュードは、その後、位相角の変化から計算することができる。
【０００５】
直交成分Ｑ及び同相成分Ｉの計算は、位相生成搬送波の特定の間隔での、出力パルスの複数のサンプルを必要とする。出力パルスは、出力パルスの特性を改善するためにフィルタリングされる。位相生成搬送波の周期は、出力パルスの周期より大幅に長い。位相生成搬送波のより長い周期は、位相生成搬送波のそれぞれ必要とされる間隔を得るために、いくつかの出力パルスに及ぶサンプルを必要とする。位相生成搬送波のより長い周期は、復調技法のサンプリングレートを減少させる。
【０００６】
高速の位相生成搬送波（たとえば、１ＭＨｚより大きい周波数、又は、１０００ナノ秒より小さい周期）は、位相生成搬送波に関連する復調位相オフセットβの精密な制御を可能にしない。復調技法の１つの欠点は、復調位相オフセットβの一定値からの変動が、復調技法の精度を低下させることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、位相生成搬送波とフィルタを使用する光ファイバセンサアレイの復調技法について、復調位相オフセットへの依存性を減らすことに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は一実施形態において一方法を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変（時間で変化する）位相角φを誘導するパラメータを使用する。センサアレイからの出力信号がフィルタリングされ、フィルタリングされた信号を生成する。フィルタリングされた信号の使用によって、復調位相オフセットβと独立に位相角φが計算される。
【０００９】
本発明の別の実施形態は一装置を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する。装置は、センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するフィルタコンポーネントを備える。装置はさらに、フィルタリングされた信号を使用して、復調位相オフセットβと独立な位相角φを計算するプロセッサコンポーネントを備える。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態は物品を包含する。センサアレイは、復調位相オフセットβを有する位相生成搬送波を含む光信号上の時変位相角φを誘導するパラメータを使用する。物品は、１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体を備える。物品は、センサアレイからの出力信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するための、１つ又は複数の媒体内の手段を備える。製品は、フィルタリングされた信号の使用によって、復調位相オフセットβと独立に位相角φを計算するための、１つ又は複数の媒体内の手段を備える。
【００１１】
本発明の例示的な実施態様の特徴は、説明、特許請求の範囲、及び添付図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、１つの例としての装置１００は、コンピュータソフトウェア及び／又はハードウェアコンポーネントなどの複数のコンポーネントを備える。複数のこうしたコンポーネントが、装置１００において、結合するか又は分割することができる。装置１００の例示的なコンポーネントは、当業者によって理解されるように、複数のプログラミング言語の任意の言語で書かれるか、又は、任意の言語で実施されるコンピュータ命令のセット及び／又はシリーズを使用し且つ／又は含む。
【００１３】
図１を参照すると、１つの例における装置１００は、１つ又は複数のレーザ１０２、１つ又は複数の光スイッチ１０４、１つ又は複数の位相変調器１０６、１つ又は複数のセンサアレイ１０８、１つ又は複数の光レシーバ（受信機）１１０、１つ又は複数のフィルタコンポーネント１１１、及び１つ又は複数のプロセッサコンポーネント１１２を備える。１つの例において、装置１００は、本明細書で述べるように、パラメータの変化を測定するために光信号を復調する。１つの例におけるレーザ１０２は、連続波レーザを備える。レーザ１０２は、光スイッチ１０４を通して光信号を生成し、位相変調器１０６を通して光信号をセンサアレイ１０８に送出する。
【００１４】
１つの例における光スイッチ１０４は、時分割多重式（「ＴＤＭ」）スイッチを備える。光スイッチ１０４は、光信号が光パルスのストリームを含むように光信号をゲート制御する。位相変調器１０６は、位相生成搬送波（「ＰＧＣ」）１１４を光パルスのストリームに印加する。たとえば、レーザ１０２、光スイッチ１０４、及び位相変調器１０６は、当業者によって理解されるように、協働して、位相生成搬送波１１４を含む１つ又は複数の光パルス１１６を生成する。光パルス１１６は周期Ｔｐｕｌｓｅを含む。１つの例における周期Ｔｐｕｌｓｅは、約１００ナノ秒〜１０００ナノ秒である。１つの例における位相生成搬送波１１４は、周期Ｔｐｇｃ及びＭの変調深さを含む。周期Ｔｐｇｃは、当業者によって理解されるように、周波数との関係ｆｐｇｃ＝１／Ｔｐｇｃを含む。１つの例における周波数ｆｐｇｃは、約２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚである。位相生成搬送波１１４は、復調位相オフセットβと関連する。位相生成搬送波１１４は、
Ｍ・ｓｉｎ（２π・ｔ／Ｔｐｇｃ＋β）
に等しい時変位相角を生成する。
【００１５】
１つの例におけるセンサアレイ１０８は、１つ又は複数のセンサ１２４、１２６、及び１２８、たとえば、不整合経路(mismatched path)干渉計を備える。センサアレイ１０８は、光パルス１１６を１つ又は複数の光パルス１１８、１２０、及び１２２に、たとえば、１つのセンサ当たり１つのパルスに分割する。１つの例における光パルス１１６、１１８、１２０、及び１２２は、実質的に同じである。センサアレイ１０８のセンサ１２４、１２６、及び１２８は、それぞれ、光パルス１１８、１２０、及び１２２を受信する。１つの例におけるセンサアレイ１０８のセンサ１２４、１２６、及び１２８は、１つ又は複数のパラメータ並びに光パルス１１８、１２０、及び１２２を使用して、１つ又は複数のそれぞれの干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を生成する。例示的なパラメータは、音響振動、流体圧変動、加速度、及び磁界強度を含む。たとえば、センサ１２４は、光パルス１１８を第１部分と第２部分に分割する。センサ１２４は、パラメータを使用して、光パルス１１８の第２部分を基準にして、光パルス１１８の第１部分上の時間で変化する（時変）位相角φを誘導する。センサ１２４は、光パルス１１８の第１部分と光パルス１１８の第２部分とを再結合して、干渉パルス１３０を生成する。干渉パルス１３０の時変振幅変動は、光パルス１１８の第１部分と第２部分の間の時変位相角φを表す。
【００１６】
光パルス１１６は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４が、比較的小さい間隔、たとえば、本明細書で述べる高いデューティサイクルを含むように中間の間隔を備えている。干渉パルス１３０、１３２、及び１３４は、光パルス１１６の周期Ｔｐｕｌｓｅに実質的に等しい周期を含む。センサアレイ１０８は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を、パルス列１３６で、たとえば、シリアルで光レシーバ１１０に送出する。たとえば、光パルス列１３６は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を含む。
【００１７】
１つの例における光レシーバ１１０は、１つ又は複数のフォトダイオード１３８を備える。さらなる例において、光レシーバ１１０は、トランスインピーダンス増幅器１４０を備える。１つの例における光レシーバ１１０は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８５２，５０７号に示される、偏光ダイバーシチレシーバシステム（図示せず）を備える。光レシーバ１１０は光パルス列１３６を受信する。光レシーバ１１０は、その後、光パルス列１３６から、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を表す１つ又は複数のそれぞれのアナログ電気信号を生成する。たとえば、光レシーバ１１０は、光パルス列１３６のパワーのマグニチュードを電圧信号に変換する。
【００１８】
１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１は、４次ベッセルローパスフィルタを備える。別の例では、フィルタコンポーネント１１１は、４次実数極（ポール）フィルタを備える。たとえば、フィルタコンポーネント１１１は、１０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚにおいて３デシベルロールオフ周波数を含む。１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１の３デシベルロールオフ周波数は５３ＭＨｚに等しい。フィルタコンポーネントは、光信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成するのに役立つ。１つの例におけるフィルタコンポーネント１１１は、光レシーバ１１０からのアナログ電気信号をフィルタリングして、１つ又は複数のフィルタリングされた信号を生成する。たとえば、フィルタリングされた信号は、干渉信号１３０、１３２、及び１３４を表す。
【００１９】
１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、デジタル信号プロセッサを備える。さらなる例において、プロセッサコンポーネント１１２は、アナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２を備える。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、本明細書で述べる、コンピュータ読み取り可能な信号保持媒体１４４の実現例を含む。アナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２は、光レシーバ１１０からのフィルタリングされた信号をデジタル信号に変換する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の時変振幅変動を使用して、時変位相角φを計算することによって、パラメータの変化を検知するのに役立つ。
【００２０】
装置１００の例示的な動作の具体例について説明する。レーザ１０２、光スイッチ１０４、及び位相変調器１０６は、協働して、１つ又は複数の光パルス１１６を生成する。センサアレイ１０８は、光パルス１１６を、光パルス１１８、１２０、及び１２２に分割する。センサ１２４、１２６、及び１２８は、パラメータ並びに光パルス１１８、１２０、及び１２２を使用して、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を生成する。センサアレイ１０８は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を光パルス列１３６として光レシーバ１１０に送出する。
【００２１】
光レシーバ１１０は、１つ又は複数の干渉パルス１３０、１３２、及び１３４を表すアナログ電気信号を生成する。たとえば、アナログ電気信号は、以下のｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）によって定義される。
【００２２】
【数１】
2007527647.tif 000002
ここで、Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルであり、Ｍは変調深さであり、Ｔｐｇｃは位相生成搬送波の周期であり、βは復調位相オフセットであり、φは位相角である。ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）の位相角は、当業者によって理解されるように、位相生成搬送波による第１部分、すなわちＭ・ｓｉｎ（２π・ｔ／Ｔｐｇｃ＋β）、及びパラメータφによる第２部分を含む。
【００２３】
フィルタコンポーネント１１１は、アナログ電気信号をフィルタリングしてフィルタリングされた信号を生成する。１つの例におけるアナログ−デジタル変換器コンポーネント１４２は、フィルタリングされた信号を、干渉パルス１３０を表すデジタル信号に変換する。プロセッサコンポーネント１１２は、デジタル信号から、干渉パルス１３０の複数のサンプルＳｎ（ｎ＝０〜ｘ）を取得する。プロセッサコンポーネント１１２は、周期Ｔｓにわたって時間間隔Δｔで複数のサンプルＳｎを取得する。１つの例における周期Ｔｓは、位相生成搬送波１１４の周期Ｔｐｇｃに実質的に等しい。１つの例における周期Ｔｓは、当業者によって理解されるように、サンプリングレートの増加を促進するのに役立つ。１つの例における周期Ｔｓは、Ｔｐｕｌｓｅ以下である。
【００２４】
１つの例における時間間隔Δｔは、周期Ｔｐｇｃの偶数分数（たとえば、Ｔｐｇｃ／８又はＴｐｇｃ／１６）に等しい。１つの例において、プロセッサコンポーネント１１２は、Ｔｐｇｃ／８の時間間隔Δｔで、時間ｔ０で始まる複数のサンプルＳｎを取得する。たとえば、複数のサンプルＳｎは、ｔ０、ｔ０＋Δｔ、ｔ０＋２Δｔ、ｔ０＋３Δｔ、ｔ０＋４Δｔ、ｔ０＋５Δｔ、ｔ０＋６Δｔ、及びｔ０＋７Δｔにおける８つのサンプルを含む。別の例において、プロセッサコンポーネント１１２は、Ｔｐｇｃ／１６の時間間隔Δｔで、時間ｔ０で始まる複数のサンプルＳｎを取得する。たとえば、複数のサンプルＳｎは、ｔ０、ｔ０＋Δｔ、ｔ０＋２Δｔ、ｔ０＋３Δｔ、ｔ０＋４Δｔ、ｔ０＋５Δｔ、ｔ０＋６Δｔ、ｔ０＋７Δｔ、ｔ０＋８Δｔ、ｔ０＋９Δｔ、ｔ０＋１０Δｔ、ｔ０＋１１Δｔ、ｔ０＋１２Δｔ、ｔ０＋１３Δｔ、ｔ０＋１４Δｔ、及びｔ０＋１５Δｔにおける１６のサンプルを含む。
【００２５】
プロセッサコンポーネント１１２は、複数のサンプルＳｎの１つ又は複数を使用して、１つ又は複数の直交項及び１つ又は複数の同相項を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑｊ（ｊ＝０〜ｙ）を計算する。たとえば、直交項の集合Ｑｊは、複数のサンプルＳｎのサンプル数の１／２に等しい複数の直交項を含む。複数のサンプルＳｎが８つのサンプルを含む１つの例において、ｙは３に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ４、Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ５、Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ６、及びＱ３＝Ｓ３−Ｓ７（図３）
として、直交項の集合Ｑｊを計算する。複数のサンプルＳｎが１６のサンプルを含む別の例において、ｙは７に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｑ０＝Ｓ０−Ｓ８、Ｑ１＝Ｓ１−Ｓ９、Ｑ２＝Ｓ２−Ｓ１０、Ｑ３＝Ｓ３−Ｓ１１、Ｑ４＝Ｓ４−Ｓ１２、Ｑ５＝Ｓ５−Ｓ１３、Ｑ６＝Ｓ６−Ｓ１４、及びＱ７＝Ｓ７−Ｓ１５（図４）
として、直交項の集合Ｑｊを計算する。
【００２６】
１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉｋ（ｋ＝０〜ｚ）を計算する。たとえば、同相項の集合Ｉｋは、複数のサンプルＳｎのサンプル数の１／４に等しい複数の同位相項を含む。複数のサンプルＳｎが８つのサンプルを含む１つの例において、ｚは１に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ６）、及び
Ｉ１＝（Ｓ１＋Ｓ５）−（Ｓ３＋Ｓ７）（図３）
として、同位相項の集合Ｉｋを計算する。複数のサンプルＳｎが１６のサンプルを含む別の例において、ｚは３に等しく、プロセッサコンポーネント１１２は、
Ｉ０＝（Ｓ０＋Ｓ８）−（Ｓ４＋Ｓ１２）、
Ｉ１＝（Ｓ１＋Ｓ９）−（Ｓ５＋Ｓ１３）、
Ｉ２＝（Ｓ２＋Ｓ１０）−（Ｓ６＋Ｓ１４）、及び
Ｉ３＝（Ｓ３＋Ｓ１１）−（Ｓ７＋Ｓ１５）（図４）
として、同相項の集合Ｉｋを計算する。
【００２７】
プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑｊを使用して、直交項Ｑｓを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、以下の直交項Ｑｓを計算する。
【００２８】
【数２】
2007527647.tif 000003
直交項Ｑｓは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。
【００２９】
プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉｋを使用して、同相項Ｉｓを計算する。プロセッサコンポーネント１１２は、本明細書で述べる定数Ｃ１を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、以下の同相項Ｉｓを計算する。
【００３０】
【数３】
2007527647.tif 000004
同相項Ｉｓは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑｓ及び同相項Ｉｓのそれぞれの最大絶対値が、動作範囲の変調深さＭにおいて実質的に等しいように定数Ｃ１を計算する。
【００３１】
１つの例における変調深さＭは、１．０〜１．７ラジアンである。たとえば、変調深さＭは、位相生成搬送波１１４の信号強度の増加を促進するのに十分に大きい。さらなる例における変調深さＭは、変調深さＭの変化に関する直交項Ｑｓ及び同相項Ｉｓの安定性を促進するのに十分に小さい。たとえば、変調深さＭは、ほぼπ／２に等しい。
【００３２】
プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑｊ及び直交項Ｑｓの１つ又は複数を使用して、直交項Ｑを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑｓのマグニチュード及び直交項の集合Ｑｊの直交項のうちの１つの直交項の符号を使用して、Ｑを計算する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、マグニチュードのゼロ交差を回避するために、比較的大きいマグニチュードを含む直交項Ｑ１を選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ１のマグニチュードがゼロに近づくとき、より大きなマグニチュードを有する異なる直交項、たとえば、直交項Ｑ０を選択する。直交項Ｑは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。
【００３３】
プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉｋ及び同相項Ｉｓのうちの１つ又は複数を使用して、同相項Ｉを計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、同相項Ｉｓのマグニチュード及び、同相項の集合Ｉｋの同相項のうちの１つの同相項の符号を使用して、Ｉを計算する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、マグニチュードのゼロ交差を回避するために、比較的大きいマグニチュードを含む同相項Ｉ１を選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、同相項Ｉ１のマグニチュードがゼロに近づくとき、異なる同相項、たとえば、同相項Ｉ０を選択する。同相項Ｉは、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβと独立である。
【００３４】
１つの例における復調位相オフセットβの変化は、直交項Ｑ及び／又は同相項Ｉの符号を変える。１つの例における幅π／２の４つの動作帯域は、復調位相オフセットβについて、０〜２πの全範囲にわたって存在する。復調位相オフセットβのマグニチュードが動作帯域の境界に近い場合、Ｉの符号を決定するために選択される同相項Ｉｋのマグニチュード、及び／又はＱの符号を決定するために選択される直交項Ｑｊのマグニチュードはゼロに近づく場合がある。Ｉの符号を決定するために選択される同相項Ｉｋのマグニチュード、及び／又はＱの符号を決定するために選択される直交項Ｑｊのマグニチュードがゼロに近づく場合、プロセッサコンポーネント１１２は、異なる直交項Ｑｊ及び／又は同相項Ｉｋを選択する。プロセッサコンポーネント１１２は、異なる直交項Ｑｊ及び／又は同相項Ｉｋを選択して、復調位相オフセットβと独立な位相角φの計算を促進する。１つの例における位相変調器１０６は、復調位相オフセットβをπ／２よりかなり小さい範囲内に維持し、したがって、当業者によって理解されるように、復調位相オフセットβは既知である必要はない。
【００３５】
プロセッサコンポーネント１１２は、直交項Ｑ及び同相項Ｉを使用して、復調位相オフセットβと独立な位相角φを計算する。直交項Ｑ及び同相項Ｉは、復調位相オフセットβと独立であるため、位相角φの計算は、復調位相オフセットβと独立である。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、位相角、
φ＝ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｑ／Ｉ）
を計算する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の複数の出現値の間の位相角φの変化を使用して、センサ１２４、１２６、及び１２８によって使用されるパラメータの変化を決定する。
【００３６】
図２を参照すると、プロット２０２は、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４並びにプロセッサコンポーネント１１２のための適切なサンプリング時間の、時間ｔに関する例示的な図を含む。干渉パルス１３０、１３２、及び１３４は、アナログ電気信号ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）によって表される。干渉パルスの直交成分及び同相成分は、それぞれ、ｓ（ｔ,Ｍ,β,π／２）及びｓ（ｔ,Ｍ,β,０）によって表される。１つ又は複数の方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、それぞれ、干渉パルス１３０、１３２、及び１３４の周期Ｔｐｕｌｓｅを表す。方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、Ｔｓｐａｃｅの間隔周期を含む。１つの例における方形パルス２３０、２３２、及び２３４は、高いデューティサイクルを含み、たとえば、サンプリング周期Ｔｓは隙間周期Ｔｓｐａｃｅより実質的に長い。
【００３７】
１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、それぞれの干渉パルス１３０、１３２、及び１３４から８つのサンプルを取得する。１つの例におけるプロセッサコンポーネント１１２は、周期Ｔｓにわたって一定レートでサンプルを取得する。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、干渉パルス１３０について、８つのサンプル、すなわちＳ０〜Ｓ７を取得し、次の３つのサンプルＳｄｉｓｃａｒｄを破棄し、干渉パルス１３２について、次の８つのサンプル、すなわちＳ０〜Ｓ７を取得し、次の３つのサンプルＳｄｉｓｃａｒｄを破棄するなどである。
【００３８】
図３を参照すると、プロット３０２は、干渉パルス１３０の８つのサンプルについての直交項Ｑｊ及び同相項Ｉｋのための計算のセットを示す図を含む。８つのサンプルがとられる場合、ｘ＝７、ｙ＝３、及びｚ＝１である。プロセッサコンポーネント１１２は、所与の項のそれぞれの行において複数のサンプルＳｎを加算及び減算することによって所与の項を計算する。プロセッサコンポーネント１１２は、所与の項及びサンプルについて、行／列の対で指定された符号に応じてサンプルを加算又は減算する。符号がサンプルについて記載されていない場合、所与の項について、サンプルは使用されない。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、＋Ｓ０−Ｓ４としてＱ０を、＋Ｓ２−Ｓ６としてＱ２を、＋Ｓ０−Ｓ２＋Ｓ４−Ｓ６としてＩ０を計算する。
【００３９】
図４を参照すると、プロット４０２は、干渉パルス１３０の１６のサンプルについての直交項Ｑj及び同相項Ｉｋのための計算のセットを示す図を含む。１６のサンプルがとられる場合、ｘ＝１５、ｙ＝７、及びｚ＝３である。たとえば、プロセッサコンポーネント１１２は、＋Ｓ０−Ｓ８としてＱ０を、＋Ｓ２−Ｓ９としてＱ１を、＋Ｓ０−Ｓ４＋Ｓ８−Ｓ１２としてＩ０を計算する。図３及び図４を考えると、１つの例における＋符号及び−符号のパターンは、それぞれ、直交項Ｑｊ及び同相項Ｉｋについて見ることができる。たとえば、同じパターンは、異なる数のサンプルを有する複数のサンプルについて直交項の集合Ｑｊ及び同相項の集合Ｉｋを計算するのに使用することができる。
【００４０】
図５〜図１４を参照すると、プロット５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、及び１４０２は、４次ベッセルローパスフィルタを備えるフィルタコンポーネント１１１の例示的な特性、及び図１の装置による位相角φの計算の例示的な精度プロットを示す。プロット５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、及び１４０２は、ＭａｔｈＣＡＤ（Mathsoft Enginnering ＆ Education, Inc., Cambridge, MA 02142, http://www.mathcad. com）を使用して生成された。プロット５０２は、例示的な４次ベッセルローパスフィルタの振幅応答Ｓｂ（ｆ）を示す。プロット６０２は、図４の例示的なフィルタコンポーネント１１１のインパルス応答ｂ（ｔ）を示す。プロット７０２は、図４のフィルタコンポーネント１１１への例示的な入力信号ｅｎｖ（ｔ）及びフィルタコンポーネント１１１からのそれぞれの出力信号ＥＮＶ（ｔ）を示す。プロット８０２は、プロット７０２の出力信号ＥＮＶ（ｔ）の拡大図を示す。プロット９０２は、プロット７０２の出力信号ＥＮＶ（ｔ）と共に、例示的な位相生成搬送波１１４の例示的なフィルタリングされた信号Ｓ（ｔ）を示す。プロット１００２は、復調位相オフセットβの関数としての、例示的な比Ｒｓを示す。プロット１１０２は、変調深さＭの関数としてプロット１００２の比Ｒｓを示す。プロット１２０２は、復調位相オフセットβの関数として、例示的な直交項Ｑ０のピーク値及び例示的な同相項Ｉ１のピーク値を示す。プロット１３０２は、復調位相オフセットβの関数として、位相角φの計算の例示的な精度Δφを示す。プロット１４０２は、位相角φの関数としての位相角φの計算の例示的な精度Δφを示す。
【００４１】
図５を参照すると、プロット５０２は、フィルタコンポーネント１１１についての例示的な振幅応答ＳＢ（ｆ）を含む。４次ベッセルローパスフィルタを備えるフィルタコンポーネント１１１の複素周波数応答Ｂ（ｆ）は、次の式に等しい。
【００４２】
【数４】
2007527647.tif 000005
フィルタコンポーネント１１１の３デシベルロールオフは、２．１１４ｆ０に等しい。
【００４３】
図６を参照すると、プロット６０２は、フィルタコンポーネント１１１のインパルス応答ｂ（ｔ）を含む。インパルス応答ｂ（ｔ）は、フィルタコンポーネント１１１の周波数応答Ｂ（ｆ）のフーリエ変換に等しい。インパルス応答ｂ（ｔ）は、次の式に等しい。
【００４４】
【数５】
2007527647.tif 000006
プロット６０２は、実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））、及びインパルス応答ｂ（ｔ）の１０００で乗算された虚数部Ｉｍ（ｂ（ｔ））を含む。プロット６０２はさらに、実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））の後縁上のリップルを強調するために、複数の１０倍の実数部Ｒｅ（ｂ（ｔ））を含む。虚数部Ｉｍ（ｂ（ｔ））はゼロに等しいため、インパルス関数ｂ（ｔ）は実数である。
【００４５】
図７を参照すると、プロット７０２は、フィルタコンポーネント１１１に対する例示的な入力信号ｅｎｖ（ｔ）を含む。たとえば、入力信号ｅｎｖ（ｔ）は、出力信号１３０を表す、光検出器１１０からの電気信号を表す。１つの例における出力信号１３０は、１ナノ秒の立上がり時間及び立下り時間を有する、幅９０ナノ秒の上部が平坦なパルスである。入力信号ｅｎｖ（ｔ）は、以下のスーパガウシアン（super-gaussian）包絡線関数によって近似される。
【００４６】
【数６】
2007527647.tif 000007
フィルタコンポーネント１１１は、入力信号ｅｎｖ（ｔ）のインパルス関数ｂ（ｔ）による畳み込みＥＮＶ（ｔ）を含むフィルタリングされた信号を作成する。ＥＮＶ（ｔ）の計算を高速化するために、インパルス関数ｂｆｉｔ（ｔ）を使用して、インパルス関数ｂ（ｔ）を近似する。畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、次の式のようになる。
【００４７】
【数７】
2007527647.tif 000008
畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、前縁及び後縁におけるリップルを含む。
【００４８】
図８を参照すると、プロット８０２は、プロット７０２の畳み込みＥＮＶ（ｔ）の前縁及び後縁におけるリップルの強調を含む。見られるように、畳み込みＥＮＶ（ｔ）は、およそ３０ナノ秒〜９０ナノ秒において平坦ゾーンを有する。プロセッサコンポーネント１１２は、平坦ゾーン内から複数のサンプルＳｎを採取する。
【００４９】
図９を参照すると、プロット９０２は、畳み込みＥＮＶ（ｔ）と共に位相生成搬送波１１４のフィルタリングされた出力Ｓ（ｔ）を含む。位相生成搬送波１１４は、位相変調器１０６によって作成され、ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）は次の式によって表される。
【００５０】
【数８】
2007527647.tif 000009
ここで、Ａは平均信号レベルであり、Ｂは干渉項信号レベルである。たとえば、Ａ＝１．２、Ｂ＝１．０、及びＭ＝１．５である。βの値は、任意であるが、図９では、１．０ラジアンに等しい。位相生成搬送波１１４は、入力信号ｅｎｖ（ｔ）上に重ね合わされる。フィルタリングされた出力Ｓ（ｔ）は、インパルス関数ｂｆｉｔ（ｔ）による入力信号ｅｎｖ（ｔ）とｓ（ｔ）との積の畳み込みに等しい。すなわち、次のようになる。
【００５１】
【数９】
2007527647.tif 000010
φの２つの値を使用して、フィルタリングされた出力Ｓ（ｔ,Ｍ,β,φ）の直交成分及び同相成分が示される。たとえば、同相成分についてφは０に等しく、直交成分についてφはπ／２に等しい。同相項成分は、２５ナノ秒の周期を有する４０ＭＨｚの第２高調波周波数を有する。直交成分は、５０ナノ秒の周期を有する２０ＭＨｚの基本周波数を有する。プロセッサコンポーネント１１２は、５０ナノ秒の周期にわたって、且つ、畳み込みＥＮＶ（ｔ）の平坦ゾーン内で、複数のサンプルＳｎを取得する。たとえば、ｘ＝７である場合、プロセッサコンポーネント１１２は、６．２５ナノ秒間隔で８つのサンプルを採取する。８つのサンプルの第１サンプルと最後のサンプルは、４３．７５ナノ秒離れている。プロセッサコンポーネント１１２は、平坦ゾーン内で複数のサンプルＳｎを取得するために、２９ナノ秒〜４５ナノ秒において第１サンプルを採取する。
【００５２】
図１０を参照すると、プロット１００２は、変調深さＭ＝１．５である、復調位相オフセットβの関数として比Ｒｓを含む。比Ｒｓは、次の式に等しい。
【００５３】
【数１０】
2007527647.tif 000011
変調深さＭ＝１．５について、定数Ｃ１はほぼ１．９４４に等しい。比Ｒｓは、ＱｓとＩｓがピーク値にあるときに計算される。Ｑｓのピーク値は、φ＝π／２においてである。Ｉｓのピーク値は、φ＝０においてである。図１０は、Ｍ＝１．５で、且つ、βが−π〜＋πであるＲｓを示す。Ｒｓについて、１の比からの変動は、約±０．１％である。
【００５４】
図１１を参照すると、プロット１１０２は、復調位相オフセットβの２つの値について、変調深さＭの関数としての比Ｒｓを含む。図１１は、Ｍの所与の値についてのβの変化が、比Ｒｓをそれほど変えないことを示す。
【００５５】
図１２を参照すると、プロット１２０２は、復調位相オフセットβの関数として、直交項Ｑ０のピーク値及び同相項Ｉ１のピーク値を含む。プロセッサコンポーネント１１２は、直交項の集合Ｑｊのうちの１つの直交項、たとえば、Ｑ０を使用することによって、直交項Ｑの符号を計算する。直交項Ｑ０は、位相角φの正弦に比例する。プロセッサコンポーネント１１２は、同相項の集合Ｉｋのうちの１つの同位相項、たとえば、Ｉ１を使用することによって、同相項Ｉの符号を計算する。同相項Ｉ１は、位相角φの余弦に比例する。φ＝π／２であるＱ０についてのピーク値と、φ＝０であるＩ１についてのピーク値が、図１２において、位相オフセットβの関数としてプロットされる。Ｑ０の符号及びＩ１の符号が変わらない、幅π／２のβにおける４つのゾーンは、Ｉ１が０を交差する場合に指定される。プロセッサコンポーネント１１２は、Ｑ０及びＩ１について、βの値に基づいてＱの符号及びＩの符号を計算する。たとえば、βが約１．１〜２．６である場合、Ｑ０とＩ１は共に正であるため、Ｑ＝＋Ｑｓ及びＩ＝＋Ｉｓである。
【００５６】
図１３を参照すると、プロット１３０２は、変調深さＭの種々の値について、復調位相オフセットβの関数として位相角φの計算の誤差Δφ（Ｍ,β,φ）を含む。誤差Δφ（Ｍ,β,φ）は、次のようになる。
【００５７】
【数１１】
2007527647.tif 000012
測定された出力位相角アークタンジェント（Ｑ／Ｉ）が、入力位相角φに等しい場合、誤差Δφは０に等しく、計算の精度が最大になる。図１３は、φ＝１である場合、Ｍ＝１．４８、Ｍ＝１．５０、及びＭ＝１．５２についてのΔφ（Ｍ、β、φ）のプロットを示す。精度Δφは、Ｍ＝１．５０である場合、１．１〜２．６ラジアンであるβについて±１ミリラジアン以内である。Ｍ＝１．４８である場合、精度Δφは約７ミリラジアンである。Ｍが１．５０から２０ミリラジアンだけ逸脱する。たとえば、Ｍ＝１．５２又はＭ＝１．４８である場合、精度Δφは約７ミリラジアンである。
【００５８】
図１４を参照すると、プロット１４０２は、変調深さＭ＝１．５であり、且つ、復調位相オフセットβの３つの値が１．１〜２．６のゾーン内にある場合の、位相角φを関数とする誤差Δφ（Ｍ、β、φ）を含む。β＝１．２、１．７、及び２．４である場合、精度Δφ（Ｍ,β,φ）は、±１．０ミリラジアン以内である。図１３及び図１４を参照すると、復調位相オフセットβの変動は、位相角φの計算の精度Δφ（Ｍ,β,φ）にそれほど影響を与えない。
【００５９】
１つの例における装置１００は、１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体を使用する。装置１００のためのコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体の１つの例は、プロセッサコンポーネント１１２の記録可能なデータ記憶媒体１４４を備える。たとえば、装置１００のためのコンピュータ読み取り可能な信号保持媒体は、磁気、電気、光、生体、及び原子データ記憶媒体の１つ又は複数を備える。１つの例では、コンピュータ読み取り可能な信号保持媒体は、装置１００を備えるか、又は、装置１００と結合するネットワーク、たとえば、電話ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット、及び無線ネットワークのうちの１つ又は複数を通じて伝送される変調された搬送波信号を含む。
【００６０】
本明細書で述べるステップ又は動作は例示であるに過ぎない。本発明の精神から逸脱することなくこれらステップ又は動作に対して多くの変形が可能である。たとえば、ステップは、異なる順序で実施されてもよく、或いは、ステップは、付加されるか、削除されるか、又は修正されてもよい。
【００６１】
本明細書において、本発明の例示的な実施態様を詳細に示し、且つ説明したが、本発明の精神から逸脱することなく、種々の修正、追加、置換などを行うことができ、したがって、これらは特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内に含まれると考えられることは、当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】１つ又は複数のレーザ、１つ又は複数の光スイッチ、１つ又は複数の位相変調器、１つ又は複数のセンサアレイ、１つ又は複数の光レシーバ、１つ又は複数のフィルタコンポーネント、及び復調位相オフセットと独立に光信号の位相角を計算するための、１つ又は複数のプロセッサコンポーネントを備える装置の１つの例示的な実施態様の図である。
【図２】図１の例示的な実施態様についての、１つ又は複数の干渉パルスの例示的なプロット図である。
【図３】図１の例示的な実施態様についての、１つの例示的な計算のセットを示す図である。
【図４】図１の例示的な実施態様についての、別の例示的な計算のセットを示す図である。
【図５】図１の装置の例示的なフィルタコンポーネントとしての、４次ベッセルローパスフィルタの振幅応答の図である。
【図６】図５の例示的なフィルタコンポーネントを有する、図１の例示的な実施態様のインパルス応答の図である。
【図７】図５のフィルタコンポーネントへの例示的な入力信号及びフィルタコンポーネントからのそれぞれの出力信号の図である。
【図８】図７の出力信号の拡大図である。
【図９】例示的な位相生成搬送波の図５のフィルタコンポーネントからの例示的なフィルタリングされた信号及び図７の出力信号の図である。
【図１０】復調位相オフセットの関数としての図５のフィルタコンポーネントの例示的な比Ｒｓの図である。
【図１１】変調深さの関数としての図５のフィルタコンポーネントの例示的な比Ｒｓの図である。
【図１２】復調位相オフセットの関数として、図５のフィルタコンポーネントからの例示的な直交項のピーク値及び例示的な同相項のピーク値のプロット図である。
【図１３】復調位相オフセットの関数としての、図５のフィルタコンポーネントを有する図１の装置による位相角の計算の例示的な精度Δφのプロット図である。
【図１４】位相角φの関数としての、図５のフィルタコンポーネントを有する図１の装置による位相角の計算の例示的な精度Δφのプロット図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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