(57)【要約】多重チャンネルセンサ方式の凝集位相発生キャリア復調器の符号の不確実性を除去するための装置は各チャンネルごとにセンサ出力の同相成分Ｉと象限位相成分を分離するように配置したダウンコンバータ列を有する。座標変換器が同相成分と象限位相成分を用いて各チャンネルについての位相角度のアークタンジェントを計算する。デジタル信号プロセサが、負の数のタンジェントである各アークタンジェント計算に１８０°を加える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計アコースティックセンサシステムの凝集位相発生キャリア復調器における符号の不確実性減少装置であって、
位相発生キャリア信号を干渉計アコースティックセンサシステムに与え、多重チャンネルアコースティックセンサシステムが位相発生キャリア信号に重畳されるアコースティック信号を生じさせ、干渉計アコースティックセンサシステムが位相発生キャリア信号とアコースティック信号を含む光信号出力を提供するように配されている光信号源と、
干渉計アコースティックセンサシステムから光信号出力を受けるように配した光検出器と、
光検出器に接続され、アコースティック信号の同相成分Ｉと象限成分Ｑとを位相発生キャリア信号から分離するように配置したダウンコンバータと、
ダウンコンバータに接続され、直角極線変換器として機能するように配されかつアコースティック信号の同相成分Ｉならびに象限位相成分Ｑの間の極位相角度を表わす信号を提供する座標変換器と
を備えてなる符合の不確実性減少装置。
【請求項２】
座標変換器は同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの間の極位相角度のアークタンジェントを示す信号を提供する請求項１記載の不確実性減少装置。
【請求項３】
干渉計アコースティックセンサシステムは多重チャンネル干渉計センサ列を備える請求項１記載の不確実性減少装置。
【請求項４】
多重チャンネル干渉計センサ列のチャンネルに対応する関係で配置した複数の光検出器を有する光検出器列と、
光検出器列に接続され、多重チャンネル干渉計センサ列内の各チャンネルについてアコースティック信号の同相成分Ｉと象限位相成分Ｑとを位相発生キャリア信号から分離するように配したダウンコンバータ列と
を更に備える請求項３記載の不確実性減少装置。
【請求項５】
ダウンコンバータ列内の各ダウンコンバータは、
センサシステムから出力される信号と光信号源によりセンサ列に入力される位相発生キャリア信号の重畳を受けて同相成分Ｉを形成するように配置した第１ミキサと、
干渉計アコースティックセンサシステムから出力される信号と位相発生キャリア信号の重畳の第１高調波を受けて象限位相成分Ｑを形成するように配置した第２ミキサと
を備える請求項１記載の不確実性減少装置。
【請求項６】
多重チャンネル干渉計センサ列に接続してその各チャンネルが対応する位相発生キャリア信号を受けるようにした複数の光信号源を更に備える請求項５記載の不確実性減少装置。
【請求項７】
位相発生キャリア信号の各々は独自のキャリア周波数を有する請求項６記載の不確実性減少装置。
【請求項８】
負の数の各極線位相角度に１８０°を加算するように配置したデジタル信号プロセサを更に備える請求項１記載の不確実性減少装置。
【請求項９】
デジタル信号プロセサが同相信号と象限信号を標準化するように配置された請求項８記載の不確実性減少装置。
【請求項１０】
干渉計アコースティックセンサシステムの凝集位相発生キャリア復調器における符号の不確実性除去方法であって、
位相発生キャリア信号をアコースティックセンサシステムに与えて干渉計アコースティックセンサシステムが位相発生キャリア信号に重畳されるアコースティック信号を生じるように光信号源を配置する工程と、
位相発生キャリア信号とアコースティック信号を含む光信号出力を提供するように干渉計アコースティックセンサシステムを配置する工程と、
干渉計アコースティックセンサシステムから光信号出力を受けるように光検出器を配置する工程と、
ダウンコンバータを光検出器に接続する工程と、
アコースティック信号の同相成分Ｉと象限成分Ｑを位相発生キャリア信号から分離するようにダウンコンバータを配置する工程と、
直角極線変換器として機能するように配置されかつアコースティック信号の同相成分Ｉと象限位相成分Ｑとの間の極線位相角度を表わす信号を提供する座標変換器をダウンコンバータに接続する工程と
を備える符号の不確実性除去方法。
【請求項１１】
各チャンネルについて同相成分Ｉと象限位相成分との間の極線位相のアークタンジェントを示す信号を提供するように座標変換器を配置する工程を含む請求項１０記載の不確実性除去方法。
【請求項１２】
０°で始まり１８０°で終る所定数の位相間隔で各ダウンコンバータの位相レジスタを調整する工程と、
各位相間隔の間に所定回数干渉計アコースティックセンサシステムから出力される信号を試料化する工程と、
同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの最大値を蓄積する工程と、
同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの最大値に対応する位相値を蓄積する工程と、
対応するチャンネルについて蓄積した同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの最大値を生じた位相値にダウンコンバータを設定する工程と
を更に備える請求項１０記載の不確実性除去方法。
【請求項１３】
Ｑの連続する平方の差を計算して量ＤＱ＝（Ｑｉ）２−（Ｑｉ−１）２を求める工程と、
Ｉの連続する平方の差を計算して量ＤＩ＝（Ｉｉ）２−（Ｉｉ−１）２を求める工程と、
これらの量ＤＱとＤＩを合計して合計項ＤＱｓと合計項ＤＩｓを求める工程と、
量
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を計算する工程と、
１−Ｒに比例する量だけ位相発生キャリア利得を調整する工程と、
Ｒ≦０．１まで先行の工程を反復する工程と
を更に備える請求項１２記載の不確実性除去方法。
【請求項１４】
所定回数多重チャンネル干渉計センサ列から出力される信号を試料化する工程と、
ＱおよびＩの最大値を蓄積する工程と、
Ｉの最大値に対するＱの最大値の比Ｒｔを計算する工程と、
これら最大値の比が１とは異なる場合は信号ＱおよびＩを調整する工程と
を更に備える請求項１３記載の不確実性除去方法。
【請求項１５】
センサシステムから出力される信号と光信号源によってセンサ列に入力された周波数を有する選択された位相発生キャリア信号との重畳を受けるように第１のミキサを配置する工程と、
多重チャンネル干渉計センサ列から出力される信号と選択キャリア信号との重畳の高調波を受けるように第２のミキサを配置する工程と
を更に備える請求項１２記載の不確実性除去方法。
【請求項１６】
デジタル信号プロセサを座標変換器に接続すると共に負の数を生じる各アークタンジェント計算に１８０°を加算するようにデジタルプロセサを配置する工程を更に備える請求項１５記載の不確実性除去方法。
【請求項１７】
干渉計アコースティックセンサシステムを多重チャンネル干渉計センサ列として形成する工程と、
多重チャンネルアコースティックセンサ列に接続した複数の光信号源を設けてそのチャンネルの各々が対応する位相発生キャリア信号を受けるように複数の光信号源を設ける工程と
を更に備える請求項１６記載の不確実性除去方法。
【請求項１８】
複数の光信号源を多重チャンネル干渉計センサ列に接続してそのチャンネルの各々が対応する位相発生キャリア信号を受けるようにする工程を更に備える請求項１７記載の不確実性除去方法。
【請求項１９】
各々が独自のキャリア周波数を持つように位相発生キャリア信号を形成する工程を更に備える請求項１８記載の不確実性除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、多重チャンネル光ファイバーセンサ方式の凝集位相発生キャリア復調器の符号の不確実性を除去するための不確実性減少装置および不確実性除去方法に関する。
【０００２】
（関連出願の参照）
出願人は位相発生キャリア復調器における符号の不確実性除去のため数値制御発振器の位相オフセット測定方式に係る２０００年７月２４日出願の米国仮出願第６０／２２０，２６６号の利益を請求する。
【０００３】
（発明の背景）
本発明は、概ね光ファイバーセンサ方式用の信号処理技術に関する。本発明は、特に、個々のセンサで測定した物理的パラメータの変化を測定する光ファイバー干渉計のセンサ列の出力信号の復調に関する。更に特に、本発明は、凝集性位相発生キャリア復調器の符号の不確実性除去のための基準キャリアとキャリアの一次高調波用に数値的に制御された発振器の位相オフセット測定に係る。
【０００４】
不釣合いな光ファイバー干渉計群が流体圧、加速度、磁場強度等のパラメータ変化の測定用光ファイバーセンサ列の感知素子として広く使われている。かかる感知素子は不均等な経路長を有する別々の光経路を伝播した光信号間の時間変化位相遅れを測定する。
【０００５】
基準信号とデータ信号間の混合が光キャリアから情報を抽出するためにしばしば必要である。干渉計による感知において、混合は代表的に基準信号と、測定されるパラメータで位相を変更または変調した信号との間で行なう。
【０００６】
変調は一般に情報が検出されるセンサシステムのような情報源から、検知された情報を受けて処理するレシーバーシステムのような情報の目的地まで情報を伝達するために用いられる。従来の変調技術によれば、センサで検出した関心事信号は、振幅、周波数あるいは位相のようなキャリア信号の１つまたはそれ以上の特性を変更してキャリア信号を変調し、変調キャリア信号を形成する。変調キャリア信号はそこで更に容易に適宜の通信チャンネルを通して目的地またはレシーバーシステムまで伝達され、そこで変調キャリア信号は復調され、関心事信号を回復する。
【０００７】
光ファイバーセンサ群はセンサシステムあるいは干渉計の出力位相を変調する信号を検出あるいは感知する。変調キャリアは次いでレシーバーシステムに伝達されて光検出される。センサ列を有するシステムでは信号は例えば時分割多重送信（ＴＤＭ）および／または波長分割多重送信（ＷＤＭ）、更には周波数分割多重送信（ＦＤＭ）を用いて多重送信されることが多い。
【０００８】
光ファイバーセンサシステムは、復調処理の際にセンサ移相の正弦に比例した一方の期間とセンサ移相の余弦に比例する他方の期間を得る。センサ移相の正弦は象限期間（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｔｅｒｍ）Ｑと呼ばれ、センサ移相の余弦は同相期間Ｉと呼ばれる。移相の角度はセンサ移相のアークタンジェントである比Ｉ／Ｑを計算することによって決定される。正弦期間と余弦期間の振幅は標準化処置によって均等に設定し、センサ移相を測定するためにアークタンジェントルーチンの正確な実行を確実にしなければならない。
【０００９】
干渉計と他の感知システムに用いる変調技術の一種は位相発生キャリアの使用を含む。各センサの時間変化する位相信号（関心事信号）は位相発生キャリアを変調して変調キャリアを形成する。関心事信号と位相発生キャリアの双方とも高調波的に（ｈａｒｍｏｎｉｃａｌｌｙ）関連づけられた項のベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）シリーズとして数学的に表わされる。変調の間、関心事信号のベッセルシリーズは位相発生キャリアのベッセルシリーズを変調する。結果的な変調キャリアのベッセルシリーズ内の多数の項は関心事の測定あるいは検出信号の振幅に依存する。変調キャリアのベッセルシリーズの高調波的に関連づけられた項は、関心事信号とキャリア信号の測定信号または検出信号の双方を表わす。
【００１０】
検出または測定信号（関心事信号）をレシーバーシステムまで伝達するために位相発生キャリアを用いる代表的な光ファイバーセンサーシステムはωＣと２ωＣまたは２ωＣと３ωＣのいずれかの周波数、ωＣは位相発生キャリア周波数、を持った一対の象限キャリアを用いた。多重送信センサシステムでは、センサ試料周波数ｆＳがｆＳ／２より大きい周波数が確実にｆＳ／２以下の関心事帯に変えられないようにするように選択されねばならない。
【００１１】
幾つかのシステムでは干渉計への光信号入力はレーザによる光信号出力の周波数における時間依存変化を生じることによって生じる位相発生キャリアである。位相発生キャリアは各種の技術によって生じられる。その１つは位相変換器を介してソース出力を通すこと、別個の異なる一連の線形ランプ電圧を線形位相変調器に印加して光周波数の段階変化を生じることを含む。
【００１２】
或るシステムでは干渉計への光信号入力はレーザによる光信号出力の周波数における時間依存変化を生じることによって生じる位相発生キャリアである。位相発生キャリアは各種の技術によって生じ得る。その１つは外部位相変調器を介してレーザ源出力を通すこと、別個で独特の一連の線形ランプ電圧を線形位相変調器に印加して光周波数に段階的変化を生じることを含む。
【００１３】
位相発生キャリアを生じる他の技術はソース信号の正弦波位相変調を用いる。別個の光周波数に組み合わせた信号をサンプリングする代りに、信号のサンプリングは位相発生キャリアの一期間の全区分の積分と組み合わされる。
【００１４】
更に他の位相発生キャリア生成技術は、数値制御された発振器（ＮＣＯ）を含む直接計数シンセサイザ（ＤＤＳ）の使用を含む。特にＮＣＯ位相の位相を１８０°外れるキャリアは復調後にＤＤＳのＮＣＯ位相と同相のキャリアによって生じられるものとは反対の符号を持ったセンサ応答を生じる。凝集的に組み合わされた時は、反対符号を持ったセンサ応答は破壊的に組み合わされ、組み合わせ出力の減衰と全システムの動的範囲の減少に帰結する。
【００１５】
（発明の要旨）
本発明は同調環境において反対符号の個々のセンサ応答が凝集的に組み合わされた時に生じる信号減衰を減じることによって凝集位相発生キャリア復調器の動的範囲を大きく増加する。
【００１６】
干渉計アコースティックセンサシステムにおける凝集位相発生キャリア復調器の符号の不確実性を減じる本発明による装置は、位相発生キャリア信号をアコースティックセンサシステムに与えて多重チャンネルアコースティックセンサシステムが位相発生キャリア信号に重畳されるアコースティック信号を生成する光信号源を備え、干渉計アコースティックセンサシステムは位相発生キャリア信号とアコースティック信号とを含む光信号出力を提供するように配置される。
【００１７】
本発明は更に、干渉計アコースティックセンサシステムから光信号出力を受けるようにした光検出器と、この光検出器に接続したダウンコンバータとを備える。ダウン変換器はアコースティック信号の同相成分Ｉと象限成分Ｑを位相発生キャリア信号から分離するように配置される。
【００１８】
本発明は、また、ダウンコンバータに接続した座標変換器を含む。
【００１９】
この座標変換器は極線直交変換器として機能し、アコースティック信号の同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの間の極線位相角度を表わす信号を提供する。
【００２０】
多重チャンネルセンサ方式における凝集位相発生キャリア変調器の符号の不確実性除去のための本発明による方法は、位相発生キャリア信号を多重チャンネルアコースティックセンサシステムに送ってこのセンサシステムが各チャンネルにおいて、位相発生キャリア信号に重畳されるアコースティック信号を生成するように光信号源を配する工程と、ダウンコンバータの列を光検出器列に接続する工程とを備える。
【００２１】
本方法は更に、アコースティック信号の同相成分Ｉと象限成分Ｑを各チャンネルの位相発生キャリア信号から分離するようにダウンコンバータ列を配置する工程と、座標変換器をダウンコンバータ列に接続する工程とを備える。
【００２２】
本発明は更に、座標変換器を極線直交変換器として機能させ、各チャンネルについて同相成分Ｉと象限位相成分との間の極線位相角度を示す信号を提供させるように配置する工程を含む。
【００２３】
本発明は更に、０°で始まって１８０°で終る所定数の位相間隔における各ダウンコンバータ内の位相登録器を調整する工程と、各位相間隔について所定回数センサシステムの各チャンネルから出力される信号をサンプリングする工程とを備える。
【００２４】
本方法は、また、望ましくは同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの最大値を貯える工程と、同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの最大値に対応する位相値を貯える工程と、対応するチャンネルの同相成分Ｉと象限位相成分Ｑの蓄積最大値を生じた位相値に各ダウンコンバータを設定する工程とを含む。
【００２５】
本発明は、また、望ましくはＱの連続平方の差を計算して数量ＤＱ＝（Ｑ１）２−（Ｑ１−１）２を求める工程と、Ｑの連続平方の差を計算して数量ＤＩ＝（Ｉｉ）２−（Ｉｉ−１）２を求める工程と、数量ＤＱとＤ１を合計して合計項ＤＱＳおよび合計項ＤＩＳを求める工程と、数量
2004515772.tif 000003
を計算する工程と、位相発生キャリア利得を１−Ｒに比例する量で調整する工程と、先行工程をＲ≦０．１まで反復する工程とを備える。
【００２６】
本発明は望ましくは更に、所定回数センサ列の各チャンネルから出力される信号をサンプリングする工程と、ＱおよびＩの最大値を蓄積する工程と、Ｑの最大値のＩの最大値に対する比Ｒｔを計算する工程と、これら最大値の比が単一ではない場合には信号ＱおよびＩを調整する工程とを備える。
【００２７】
本発明の目的の評価とその構成ならびに運転の方法の更に完全な理解が下記の望ましい実施例についての説明の検討と添付図面の参照とにより得られよう。
【００２８】
（発明の詳細な説明）
本発明はセンサから出力される信号処理用の信号処理アルゴリズムに関する。
【００２９】
図１は、本発明によるアルゴリズムが用いられる多重チャンネル光ファイバーセンサシステム１０を示す。本発明によるアルゴリズムは他のセンサ構成（図示しない）と他の極性転換検出器（図示しない）と共に用いうる。この光ファイバーセンサシステム１０は本発明で用いうる同様の装置の一例としてのみ以下に記載される。
【００３０】
光ファイバーセンサシステム１０は、本発明の承継人であるリットンシステムズインコーポレーテッドに譲渡された１９９９年１０月２９日出願の米国特許出願第０９／４２９，０４８号に全て記載されている。
【００３１】
光ファイバーセンサシステム１０は、また、リットンシステムズインコーポレーテッドに譲渡された１９９９年１０月２９日出願の米国特許出願第０９／４３０，０５７号にも全て記載されている。
【００３２】
光ファイバーセンサシステム１０は複数のレーザ１２−１７を含み、対応する複数の光フィード線２０−２５を供給するように配置する。光フィード線は光端末２８に集められ、光端末２８は光ファイバーセンサ列２９に接続される。光端末２８は引込ケーブル３０に接続され、ケーブルはアコースティック列ケーブル３２に接続される。アコースティック列ケーブル３２はこの典型的な実施例では符号Ｓ１−Ｓ９６で示す合計９６とした、複数のセンサを収容する。光端末２８は、また、引込ケーブル３０と複数（例えば１６）のリターンファイバー３４−４９との間を連結し、リターンファイバーは対応するトライセル光検出器５０−６５へ光信号を伝えるように配される。
【００３３】
トライセル光検出器５０−６５はシステムプロセサに電気的に接続される。
【００３４】
複数の位相変調器７６−８１がそれぞれのレーザ１２−１７から出力した光信号の変調のために配置される。レーザ１２−１７の各々は異なる光周波数の光信号を発生する。望ましくは位相変調器７６−８１は各々異なる変調周波数によって特徴づけられる。従って、レーザ１２−１７は６個の光信号を生成し、それらは各々異なる光波長を有しかつ個々に別個の変調周波数で変調される。
【００３５】
直接計数シンセサイザ（ＤＤＳ）列８４は周波数ｆ１−ｆ６を有する発振信号入力を位相変調器７６−８１のそれぞれに送る。アナログ装置ＡＤ９８５０  ＣＭＯＳ  １２５  ＭＨｚ  ＤＤＳが本発明で用いるに適する。
【００３６】
ＤＤＳ  ８４の基本構成が図２に示される。図２に示すように、データ入力レジスタ９２は直列と並列の負荷入力を受け、これらは仕事総量クロック信号の制御の下で周波数／位相データレジスタ９４に入力される。周波数／位相データレジスタ９４は３２ビットの同調語と、周波数更新データレジスタリセット信号の制御の下で高速ＤＤＳ９６に入力される位相および制御語とを生成する。
【００３７】
高速ＤＤＳ９６は参照クロック入力とマスターリセット信号を受け、アナログ信号出力を提供するようにデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）８８に出力を与える。ＤＤＳ列はまたアナログ入力を受けてクロック出力信号を提供するコンパレータ９０を含む。
【００３８】
ＤＤＳ８４は内部高速、高性能のデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器８８およびコンパレータ９０と結合した先進ＤＤＳ技術を用いて完全にデジタルにプログラム可能な周波数シンセサイザおよびクロック発生器を形成する高度に集積された装置である。
【００３９】
ＤＤＳ８６はスペクトル上純粋な周波数／位相プログラマブルアナログ正弦波を発生するために用いる。
【００４０】
図１に示すように、ＤＤＳ列８４に接続した６個の位相変調器７６−８１を設ける。従って、列８４はＤＤＳ８４と、構成をＤＤＳ８４と同一とする５個の付加ＤＤＳ（図示しない）を含む。ＤＤＳ列８４は位相変調器７６−８１を駆動してセンサ列２９に入力される６個の位相発生キャリアを提供する。
【００４１】
センサ群Ｓ１−Ｓ９６は、センサシステム１０で監視されるパラメータの変化に応答して干渉パターンを生じるミケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計（図示しない）またはマック−ゼーンダー（Ｍａｃｋ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計（図示しない）として形成される。例えばパラメータはアコースティック圧である。公知技術は物理的パラメータの監視に用いるこれら光ファイバー干渉センサの例で満たされている。
【００４２】
図３Ａにおいて、センサシステムの出力の各チャンネルはアコースティック信号を位相発生キャリアから分離するデジタルダウン変換器１１０を含む。このデジタルダウン変換器１１０は図３Ｂに示す複数のミキサ１１２−１１５を含む。ミキサ１１２−１１５はセンサシステム１０から信号を受ける。
【００４３】
センサシステム１０は周波数ｆ１およびｆ２を有する位相発生キャリアを用いる。ミキサ１１２−１１５の各々はデジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）であるシステムプロセサ６８に接続される。ＤＳＰ６８が第１信号をミキサ１１２−１１５の各々に与えてＮＣＯ周波数を示す。ＮＣＯ周波数信号は望ましくは３２ビットのデジタル信号である。ＤＳＰ６８は第２信号をミキサ１１２−１１５の各々に与えてＮＣＯ位相を示す。ＮＣＯ位相信号は望ましくは１６ビットのデジタル信号である。
【００４４】
ミキサ１１２への入力はセンサシステム１０の出力とキャリア周波数ｆ１の重畳である。ミキサ１１３への入力はセンサシステム１０の出力とキャリア周波数ｆ１の第１高調波の重畳である。ミキサ１１４への入力はセンサシステム１０の出力とキャリア周波数ｆ２の重畳である。ミキサ１１５への入力はセンサシステム１０の出力とキャリア周波数ｆ２の第１高調波の重畳である。
【００４５】
個々のセンサ応答はキャリアとキャリアの第１高調波に重畳され、ダウン変換され濾過される。個々のセンサ応答の同相成分と象限成分とはアークタンジェント機能を満たすことにより座標変換器１２２で極位相に変換される。
【００４６】
ミキサ１１２−１１５は信号出力を対応するローパスフィルタ１１６−１１９に与える。ローパスフィルタ１１６の出力は第１キャリア周波数ｆ１の同相信号成分を示す信号Ｉ１である。ローパスフィルタ１１７の出力は第１キャリア周波数ｆ１の象限信号成分を示す信号Ｑ１である。ローパスフィルタ１１８の出力は第２キャリア周波数ｆ２の同相信号成分を示す信号Ｉ２である。ローパスフィルタ１１９の出力は第２キャリア周波数ｆ２の象限信号成分を示すＱ２である。
【００４７】
ローパスフィルタ１１６と１１７が出力する信号Ｉ１，Ｑ１はそれぞれ直角から極線への変換器として機能する座標変換器１２２に入力される。ローパスフィルタ１１８と１１９が出力する信号Ｉ２，Ｑ２もそれぞれアークタンジェント機能を用いてチャンネルごとに極線位相角度を計算する座標変換器１２２に入力される。座標変換器１２２はアークタンジェントを示す信号をＤＳＰ６８に与え、そこでアークタンジェントごとの象限が決まる。
【００４８】
キャリアｆ１とｆ２のみが詳述されているが、図１に示すセンサシステム１０もキャリアｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６を含み、これらキャリアはキャリアｆ１とｆ２について述べたと同様にして配置され処理されることに注意されたい。
【００４９】
本発明はまた特定のキャリア数に限定されないことも注意されたい。
【００５０】
センサ出力信号ＱおよびＩは試料化される。下記に詳述するように、デジタル信号プロセサ６８は初期のＮＣＯ位相オフセットを設定して対応する復調器から出力されるＱおよびＩの振幅を最大化する。デジタル信号プロセサ６８は次いで対応する光信号源の変調の深度を設定して基本高調波と第１高調波間の粗い象限関係を生じる。ＱおよびＩの連続値の平方の差を計算し合算して差の値ＤｑｓおよびＤｉｓを生じる。位相変調器の電圧が調整されて比Ｄｑｓ／Ｄｉｓの平方根を１以下に保つ。
【００５１】
プロセサは次いでチャンネルごとの体制で復調器出力の同相成分と象限成分の各利得を釣合わせて基本高調波と第１高調波の間の象限関係を微細同調する。これは両者のピーク値の比を１と比較し、信号ＱおよびＩの利得を調整してこれら信号を同じ大きさに維持することによって行われる。
【００５２】
図４Ｂにおいて、基本高調波と第１高調波の間の真の象限関係を達成して、プロセサはチャンネルごとの体制でアークタンジェントを走査する。特定チャンネルのアークタンジェント出力が負であれば、プロセサは基本ＮＣＯ周波数に位相オフセットのπラジアン（１８０°）を加え、第１高調波ＮＣＯの位相オフセットを調整して両者間の象限関係を維持する。
【００５３】
図４Ａは各々６個のセンサチャンネルを含む干渉計センサの４個のバンクを有するセンサ列の、本発明によるアルゴリズムの詳細を示す。
【００５４】
始動後、アルゴリズムはバンク選択工程１３０を実行し、６個のチャンネル１３２の各々についてバンク選択工程１３０を反復する。設定校正チャンネル工程１３３が次いでセンサの各バンクについて実行される。
【００５５】
アルゴリズムは次いでＮＣＯ位相ゼロセット工程１３４を行う。待ち工程１３５が続き、選択数の試料（例えば１０００）がその間に集められる。
【００５６】
アルゴリズムは次いで試料コレクト工程１３６を有し、多数の試料（例えば３７１３個）が集められる。
【００５７】
第１蓄積工程が実行され、各センサから出力される信号の同相成分Ｉと象限位相成分の最大値が蓄積される。第２蓄積工程が次いで行われ、同相成分Ｉと象限位相成分の位相角度が蓄積される。アルゴリズムは増加位相登録工程１３９に続く。
【００５８】
位相テスト工程１４０が、次いで蓄積位相が１８０°かどうかを決める。位相が１８０°であれば、アルゴリズムは位相が１８０°でなくなるまで待ち工程１３５とその後の工程１３６−１４０を反復する。位相が１８０°でなければ、アルゴリズムは工程１３２に戻り、新たなチャンネルを選択する。
【００５９】
全ての６個のチャンネルについて工程１３２−１４０が完了した後、６チャンネルの各々についてアルゴリズムはＩ位相レジスタセット工程１４２を有し、同相レジスタを同相成分の最大値Ｉｍａｘに対応する位相に設定する。アルゴリズムはまたＱ位相セット工程１４４を含み、象限位相レジスタが象限位相成分の最大値Ｑｍａｘに対応する位相に設定される。選択したバンクの６個のチャンネルの全てについて工程１４２と１４４が完了すると、アルゴリズムは図４Ｂに示す工程に進む。
【００６０】
図４Ｂにおいてアルゴリズムは校正セット工程１５０を有し、校正チャンネルが現行信号チャンネルに設定される。待ち工程１５１が次いでセンサ出力の多数の試料（例えば１０００）について行われる。待ち工程１５１の後でアルゴリズムは試料選択工程１５２を行い、その後の処理のために試料が通常間隔で選択される。例えば、選択工程１５２は３７１３個の試料が集められるまで１２８番目ごとの試料を選択する。
【００６１】
各試料が収集されると、蓄積工程１５３が行われてセンサ出力の同相成分Ｉｍａｘと象限位相成分Ｑｍａｘの最大値が蓄積される。アルゴリズムは次いで差別工程１５４に進み、象限位相成分ＤＱ＝（Ｑｉ）２−（Ｑｉ−１）２と、同相成分ＤＩ＝（Ｉｉ）２−（Ｉｉ−１）２の連続選択試料の各平方の間の差が計算される。差異計算において下付き記号“ｉ”は計算が行われる選択試料の数を示す。
【００６２】
アルゴリズムは合計工程１４４を含み、各合計ＤＱｓ＝ｓｕｍ（ＤＱ）とＤＩｓ＝ｓｕｍ（ＤＩ）が計算される。これら合計は参照計算工程１５６により入力処理される。この工程１５６は利得参照
2004515772.tif 000004
を計算し、また変調深度参照
2004515772.tif 000005
を計算する。選択数の試料について工程１５３−１５６が実行された後、利得調整工程１５８が利得参照Ｒｔをテストしてそれが１より小さいか大きいかを決める。
【００６３】
Ｒｔ＜１であれば、利得が調整されて象限位相成分Ｑを増加する。利得参照Ｒｔ＞１であれば利得を調整して同相成分Ｉを増加する。変調深度工程１５９もまた変動深度参照を１と比較して行われる。変調深度Ｒ＜１の場合、変調深度は増加される。変調深度Ｒ＞１であれば変調深度は減少される。
【００６４】
各々６チャンネルを有する４つのバンクを含む全センサシステム１０についてこれらの計算が完了した後、アルゴリズムは図４Ｃの工程の実行に進む。
【００６５】
図４Ｃにおいて、チャンネル位相データコレクト工程１６０がチャンネルアークタンジェント結果１６２を受ける。テスト工程１６４がアークタンジェントは負かどうかを決める。アークタンジェントが負であれば、増加工程１６６が負性アークタンジェントに対応するオフセットレジスタに１８０°を加える。アークタンジェントが負でなければ、テスト工程１６８がセンサシステム１０についての全てのアークタンジェントが考慮されたかどうかを決定する。記載した特定センサシステム１０については、工程１６０，１６２，１６４，１６６は２４回行われる。
【００６６】
センサ出力信号ＱおよびＩは試料化されるデジタル信号プロセサ６８は初期ＮＣＯ位相オフセットを設定して対応する復調器からのＱおよびＩの振幅を最大化する。デジタル信号プロセサ６８は次いで対応光信号源の変調深度を設定して基本高調波と第１高調波との間の粗い象限関係を生成する。ＱおよびＩの連続値の平方間の差が計算され合計されて差値ＤｑｓとＤｉｓが生じられる。位相変調電圧を調整して比Ｄｑｓ／Ｄｉｓの平方根を１以下に保つ。
【００６７】
プロセサは次いで、チャンネルごとの体制で復調器出力の同相成分と象限成分の利得を釣合わせることにより基本高調波と第１高調波の間の象限関係を微細同調する。これは両者のピーク値の比を１と比較し、両信号ＱおよびＩの利得を調整して両信号を同じ大きさに維持する。
【００６８】
図４Ｂにおいて、基本高調波と第１高調波の間の真の象限関係を達成すると、プロセサはチャンネルごとの体制でアークタンジェントを走査する。特定チャンネルのアークタンジェント出力が負の場合、プロセサは位相オフセットのπラジアンを基本ＮＣＯ周波数に加算して、第１高調波ＮＣＯの位相オフセットを調整し、両者間の象限関係を維持する。
【図面の簡単な説明】
【Ｆｉｇ１】光ファイバーセンサシステムを示す。
【Ｆｉｇ２】図１の光ファイバーセンサシステムに含みうるダイレクトデジタルシンセサイザのブロック図である。
【Ｆｉｇ３】図１の光ファイバーセンサ列から出力される信号を処理する本発明の装置のブロック図である。
【Ｆｉｇ４】Ａ図はセンサ応答の記号の不確実性を除くために図３の装置に用いるアルゴリズムのフローチャート、Ｂ図はＡ図のアルゴリズムを更に詳細に示すフローチャート、Ｃ図はＢ図のアルゴリズムの異なる詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  多重チャンネル光ファイバーセンサシステム
１２−１７  レーザ
２０−２５  光フィード線
２８  光端末
２９  光ファイバーセンサ列
３０  引込ケーブル
３２  アコースティック列ケーブル
Ｓ１−Ｓ９６  センサ
３４−４９  リターンファイバー
５０−６５  トライセル光検出器
６８  システムプロセサ
７６−８１  位相変調器
８４  直接計数シンセサイザ（ＤＤＳ）
８８  デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）
９０  コンパレータ
９２  データ入力レジスタ
９４  周波数／位相データレジスタ
９６  高速ＤＤＳ
１１０  デジタルダウン変換器
１１２−１１５  ミキサ
１１５−１１９  ローパスフィルタ
１２２  座標変換器
１３０  バンク選択工程
１３３  設定校正チャンネル工程
１３４  ＮＣＯ位相ゼロセット工程
１３５  待ち工程
１３６  試料コレクト工程
１３９  増加位相登録工程
１４０  位相コスト工程
１４２  Ｉ位相レジスタセット工程
１４４  Ｑ位相レジスタセット工程
１５０  校正セット工程
１５１  待ち工程
１５２  試料選択工程
１５４  差別工程
１５６  参照計算工程
１５８  利得調整工程
１５９  変調深度工程
１６０  チャンネル位相データコレクト工程
１６２  チャンネルアークタンジェント結果
１６４  テスト工程
１６６  増加工程
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2004515772.tif 000010
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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