(57)【要約】      （修正有）【課題】フィードフォワード処理を用いた共振切り替えＲＦＯＧのためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】システムは、光ファイバ共振器１２０と、第１ビーム１０１を共振器１２０の中へ送り出す第１レーザ源１１０と、第２ビーム１０２を反対方向に共振器１２０の中へ送り出す第２レーザ源１１２と、第１ビーム１０１を第１状態の間は共振器１２０の第１共振モードに、第２状態の間は共振器１２０の第２共振モードにロックする第１サーボループ１３０と、第２ビーム１０２を前記第１状態の間は前記第２共振モードに、前記第２状態の間は前記第１共振モードにロックする第２サーボループ１３２と、サーボループ１３０、１３２に結合され、共振周波数測定値の以前の共振切り替えサイクルにわたってＦＳＲの平均を計算し、前記平均を現在の測定値に適用するフィードフォワード速度プロセッサ１３５とを備える。【選択図】図１
2016212085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器（１２０）を有する共振光ファイバジャイロスコープ（１００）のためのフィードフォワード回転速度処理方法であって、
第１時間期間に、第１光ビーム（１０１）を前記光共振器（１２０）の第１共振モードＭ１にロックさせると共に第２光ビーム（１０２）を前記光共振器（１２０）の第２共振モードＭ２にロックさせた状態で前記共振光ファイバジャイロスコープ（１００）を動作させるステップであって、前記第２光ビーム（１０２）は前記第１光ビーム（１０１）と反対の方向に前記光共振器（１２０）を伝搬する、ステップと、
前記第１時間期間に、前記第１光ビーム（１０１）の出力に基づいて第１共振周波数の測定平均と前記第２光ビーム（１０２）の出力に基づいて第２共振周波数の測定平均を計算するステップと、
前記第１時間期間に続く第２時間期間に、前記第１光ビーム（１０１）を前記光共振器（１２０）の前記第２共振モードＭ２にロックさせると共に前記第２光ビーム（１０２）を前記光共振器（１２０）の前記第１共振モードＭ１にロックさせた状態で前記共振光ファイバジャイロスコープ（１００）を動作させるステップと、
前記第２時間期間に、前記第１光ビーム（１０１）に対する第３共振周波数の平均と前記第２光ビーム（１０２）に対する第４共振周波数の平均を計算するステップと、
前記第１共振周波数の平均、前記第２共振周波数の平均、前記第３共振周波数の平均、及び前記第４共振周波数の平均の関数として前記第１時間期間と前記第２時間期間にわたる自由スペクトル領域の平均を計算するステップと、
前記第２時間期間の後に捕らえられた前記第１光ビーム（１０１）の第１共振周波数測定値、前記第２時間期間の後に捕らえられた前記第２光ビーム（１０２）の第２共振周波数測定値、及び前記自由スペクトル領域の平均の関数に基づいて、回転速度測定の周波数値ｆΩのサンプル信号を発生させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
第１共振切り替えサーボループ（１３０）によって制御される第１レーザ源（１１０）を用いて前記第１光ビーム（１０１）を発生させるステップと、
第２共振切り替えサーボループ（１３２）によって制御される第２レーザ源（１１２）を用いて前記第２光ビーム（１０２）を発生させるステップと、
前記自由スペクトル領域の平均に基づいて前記第１光ビーム（１０１）を前記第１共振モードＭ１から前記第２共振モードＭ２へ切り替えるために前記第１共振切り替えサーボループ（１３０）の出力をランプするステップと、
前記自由スペクトル領域の平均に基づいて前記第２光ビーム（１０２）を前記第２共振モードＭ２から前記第１共振モードＭ１へ切り替えるために前記第２共振切り替えサーボループ（１３２）の出力をランプするステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィードフォワード回転速度処理を用いた共振光ファイバジャイロスコープ（１００）システムであって、
光ファイバ共振器（１２０）と、
それぞれが前記光ファイバ共振器（１２０）に結合された第１レーザ源（１１０）及び第２レーザ源（１１２）であって、前記第１レーザ源（１１０）は第１光ビーム（１０１）を前記光ファイバ共振器（１２０）の中へ送り出し、前記第２レーザ源（１１２）は第２光ビーム（１０２）を前記第１光ビーム（１０１）と反対の方向に前記光ファイバ共振器（１２０）の中へ送り出す、第１レーザ源（１１０）及び第２レーザ源（１１２）と、
前記第１光ビーム（１０１）を第１切り替え状態の間、前記光ファイバ共振器（１２０）の第１共振モードＭ１にロックし、前記第１光ビーム（１０１）を第２切り替え状態の間、前記光ファイバ共振器（１２０）の第２共振モードＭ２にロックするように構成された第１共振切り替えサーボループ（１３０）と、
前記第２光ビーム（１０２）を前記第１切り替え状態の間、前記第２共振モードＭ２にロックし、前記第２光ビーム（１０２）を前記第２切り替え状態の間、前記第１共振モードＭ１にロックするように構成された第２共振切り替えサーボループ（１３２）と、
前記第１共振切り替えサーボループ（１３０）及び前記第２共振切り替えサーボループ（１３２）に結合され、共振周波数測定値の以前の共振切り替えサイクルにわたって自由スペクトル領域の平均を計算し、前記自由スペクトル領域の平均を現在の共振周波数測定値に適用して回転速度測定の周波数値ｆΩのサンプル信号を出力するフィードフォワード速度プロセッサ（１３５）と、
を備え、
前記第１共振切り替えサーボループ（１３０）は、前記フィードフォワード速度プロセッサ（１３５）から前記自由スペクトル領域の平均を受け取る第１周波数切り替えランプ発生器（７２０）を備え、
前記第１周波数切り替えランプ発生器（７２０）は、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて、前記第１光ビーム（１０１）を前記第１共振モードＭ１から前記第２共振モードＭ２へ切り替えるために前記第１共振切り替えサーボループ（１３０）の出力をランプし、
前記第２共振切り替えサーボループ（１３２）は、前記フィードフォワード速度プロセッサ（１３５）から前記自由スペクトル領域の平均を受け取る第２周波数切り替えランプ発生器（７４０）を備え、
前記第２周波数切り替えランプ発生器（７４０）は、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて、前記第１光ビーム（１０１）を前記第２共振モードＭ２から前記第１共振モードＭ１へ切り替えるために前記第２共振切り替えサーボループ（１３２）の出力をランプする、
システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
米国政府許諾権
[0001]  この発明は、ＤＡＲＰＡによって与えられた政府契約書番号ＨＲ００１１−０８−Ｃ−００１９の下で政府支援を受けてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
[0002]  共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）は、次世代ナビゲーションジャイロスコープの有望な候補である。それは、ナビゲーション等級の解決策に低コストと小さいパッケージサイズ及び重量との連合を提供する潜在能力を有する。ＲＦＯＧは、少なくとも１つが共振器コイルを時計回り（ＣＷ）方向に、他方が反時計回り（ＣＣＷ）方向に伝搬する少なくとも２つのレーザビームを使用する。共振光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）の動作では、高帯域電子サーボを用いてレーザ光源の周波数を光ファイバリング共振器の共振周波数にロックすることが望ましい。ＣＷ及びＣＣＷレーザビームを光ファイバリング共振器の異なる共振モードで動作させることで、ジャイロの性能を劣化させる一方向光学後方散乱誤差を抑圧することが可能であることも知られている。しかしながら、これは不完全な解決策である。何故なら、ＣＷ及びＣＣＷレーザビームを異なる共振モードで動作させることは、回転速度測定の成分としてジャイロ共振器の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を導入し、それは回転測定に温度感応性誤差を導入するからである。そのうえ、例えば偏光誤差からの、又は二重光学後方反射若しくは二重後方散乱からの、共振器の線形状の非対称性は、共振モード間で異なる共振中心検出誤差を導入し、したがって温度への複雑な依存性を持った回転検知誤差を導入する。
【０００３】
[0003]  上述された理由のため、及び本明細書を読んで理解すれば当業者に明らかになるだろう後述される他の理由のため、フィードフォワード処理を用いた共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）の共振切り替えを提供するための代替的なシステム及び方法に対する必要性が、当該分野に存在する。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]  本発明の実施態様は、フィードフォワード処理を用いた共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）の共振切り替えを提供するための方法及びシステムを提供し、以下の明細書を読んで検討することによって理解されるだろう。
【０００５】
[0005]  一実施態様において、フィードフォワード回転速度処理を用いた共振光ファイバジャイロスコープシステムは、光ファイバ共振器と、それぞれが前記光ファイバ共振器に結合された第１レーザ源及び第２レーザ源であって、前記第１レーザ源は第１光ビームを前記光ファイバ共振器の中へ送り出し、前記第２レーザ源は第２光ビームを前記第１光ビームと反対の方向に前記光ファイバ共振器の中へ送り出す、第１レーザ源及び第２レーザ源と、前記第１光ビームを第１切り替え状態の間、前記共振器の第１共振モードＭ１にロックし、前記第１光ビームを第２切り替え状態の間、前記共振器の第２共振モードＭ２にロックするように構成された第１共振切り替えサーボループと、前記第２光ビームを前記第１切り替え状態の間、前記第２共振モードＭ２にロックし、前記第２切り替え状態の間、前記第１共振モードＭ１の前記第１共振周波数をロックするように構成された第２共振切り替えサーボループと、前記第１共振切り替えサーボループ及び前記第２共振切り替えサーボループに結合され、共振周波数測定値の以前の共振切り替えサイクルにわたって自由スペクトル領域の平均を計算し、前記自由スペクトル領域の平均を現在の共振周波数測定値に適用して回転速度測定の周波数値ｆΩのサンプル信号を出力するフィードフォワード速度プロセッサと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
[0006]  好適な実施態様の記載及び以下の図に鑑みて考慮されると、本発明の実施態様はより容易に理解されることが可能であり、それの更なる利点と用途はより容易に明らかになり得る。
【０００７】
【図１】図１は、本開示の一実施態様のフィードフォワード回転速度処理を用いた共振光ファイバジャイロスコープシステムのブロック図である。
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の一実施態様の共振光ファイバジャイロスコープシステムの共振器の共振モードを示すダイアグラムである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の一実施態様の共振光ファイバジャイロスコープシステムの共振器の共振モードを示すダイアグラムである。
【図２】図２は、本開示の一実施態様の共振光ファイバジャイロスコープシステムについての共振モード切り替えを示すダイアグラムである。
【図３】図３は、本開示の一実施態様のフィードフォワード回転速度処理を示すダイアグラムである。
【図４】図４は、本開示の一実施態様の方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本開示の一実施態様についての回転速度データの外挿を示すダイアグラムである。
【図６】図６は、本開示の一実施態様の共振光ファイバジャイロスコープシステムについての２つのレーザ源の実装例を示すダイアグラムである。
【図７】図７は、本開示の一実施態様の共振光ファイバジャイロスコープシステムについてフィードフォワード速度プロセッサと共に共振切り替えサーボループを示すダイアグラムである。
【０００８】
[0015]  一般的な慣例に従って、説明される様々な特徴は一定の縮尺で描かれず、本発明に関連する特徴を強調するように描かれる。符号は図及び文章の全体にわたって同様の要素を記述する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0016]  以下の詳細な説明では、その一部をなす添付図面への参照がなされ、添付図面には、本発明が実施されることのできる具体的な例示の実施態様として示されている。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳しく説明され、また、他の実施態様が利用され得ること、並びに、本発明の範囲を逸脱することなく論理的、機械的、及び電気的な変更がなされ得ることが、理解されなければならない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に捉えられてはならない。
【００１０】
[0017]  本開示の実施態様は、共振切り替えとフィードフォワードデータ処理の連携を利用して回転速度周波数値ｆΩの測定値、したがって回転速度（Ω）の測定値を生成する共振器光ファイバジャイロスコープを提供し、後方散乱誤差を補正しながら自由スペクトル領域の誤差及び二重光学後方散乱に起因する線形状非対称勾配も補償する。本明細書において提示される実施態様を用いると、ジャイロスコープの２つの対向伝搬する光ビームのそれぞれは、ある固定時間期間の間、共振器の異なる共振モードにロックされ、その後、光ビームの周波数は、第２の時間期間の間、ビームがロックされる共振モードを交換するように切り替えられる。ジャイロスコープの動作は、光ビームを２つの共振モード間で周期的に交代させることによって継続する。この動作は、ＦＳＲの誤差及び線形状非対称勾配の誤差の両方の影響を受けない回転速度周波数値ｆΩをジャイロスコープが計算するのに十分な情報を提供する。本明細書において提示される実施態様は、更に、ジャイロスコープが回転速度周波数サンプルを生成することが可能な測定周波数と、共振モード間における切り替えの周波数を分離し、その結果これら２つの周波数パラメータのそれぞれが独立に規定されることができるフィードフォワード計算メカニズムを提供する。
【００１１】
[0018]  図１は、本開示の一実施態様の共振器光ファイバジャイロスコープ（ＲＦＯＧ）１００を示すブロック図である。ＲＦＯＧ１００は、それぞれが少なくとも１つの光カプラ１２２によって光ファイバ共振器１２０に結合された第１レーザ源１１０及び第２レーザ源１１２を備える。ＲＦＯＧ１００は更に、第１共振切り替えサーボループ１３０、第２共振切り替えサーボループ１３２、及びフィードフォワード速度プロセッサ１３５を備え、これらのそれぞれは以下においてより詳細に論じられる。
【００１２】
[0019]  図１に示されるように、レーザ源１１０は、レーザ光の第１光ビーム１０１を出力し、第１光ビーム１０１は、カプラ１２２によって共振器１２０の中へ結合されて共振器１２０を第１方向に進む。図１の例については、第１光ビーム１０１は、共振器１２０を反時計回り（ＣＣＷ）方向に進むように定義されている。レーザ源１１２は、レーザ光の第２光ビーム１０２を出力し、第２光ビーム１０２は、カプラ１２２によって共振器１２０の中へ結合されて、光ビーム１０１が進む第１方向と反対の第２方向に共振器１２０を進む。図１の例については、第２光ビーム１０２は、共振器１２０を時計回り（ＣＷ）方向に進むように定義されている。
【００１３】
[0020]  レーザ源１１０及び１１２は、光ビーム１０１及び１０２の周波数を共振器１２０の共振周波数に維持するように、（１３０及び１３２に示された）それぞれの共振切り替えサーボループ１及び２によって各々制御される。例えば、レーザ源１１０は、光ビーム１０１を（図１においてｆｃｃｗと示された）特定の光周波数で共振器１２０の中へ送り出す。当該周波数ｆｃｃｗにおいて、光ビーム１０１は、（レーザ光の場合、例えば１．５ミクロンのオーダーの波長であり得る）特定の波長λｃｃｗを呈するだろう。光ビーム１０１が、波長λｃｃｗのちょうど整数倍が共振器１２０内を伝搬するような周波数ｆｃｃｗにチューニングされた場合、光ビーム１０１は、共振器１２０の共振周波数（これは共振器１２０の共振モードの１つと称されることも可能である）で動作していると言われる。この周波数では、光ビーム１０１が共振器１２０のループ内を進む各パスについて、光ビームは前回のパスと同位相になり、各パスからの光パワーはピーク共振強度まで蓄積する。共振周波数からのｆｃｃｗのずれがあると、共振器１２０内部の光パワーがピーク共振強度よりも低く合計されることになるだろう。
【００１４】
[0021]  本開示の実施態様については、第１レーザ源１１０及び第２レーザ源１１２は、互いに対して異なる共振モードにロックされたままとなるように、それぞれのサーボループ（１３０及び１３２）によって制御される。即ち、もし光ビーム１０１が共振周波数ｆｏａ（但し波長の整数個Ｉが共振器１２０をＣＣＷ方向に伝搬している）にロックされるなら、光ビーム１０２は共振周波数ｆｏｂ（但し波長の整数個Ｊ≠Ｉが共振器１２０をＣＷ方向に伝搬している）にロックされる。隣接する共振周波数は、共振器１２０の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の機能に基づいて、本明細書でｆＦＳＲとして参照される差だけ互いから分離される。こうして、ｆｏａがｆｏｂよりもちょうど１ｆＦＳＲだけ小さい場合、光ビーム１０２は光ビーム１０１よりも次に高い共振モードで動作していると言われ、光ビーム１０１は光ビーム１０２よりも次に低い共振モードで動作していると言われる。光ビーム１０１及び１０２を（Ｍ１及びＭ２において示された）隣接する共振モードにおいて生成するためのレーザ源１１０及び１１２の動作は、図１Ａに示された強度対周波数のグラフによって更に図解される。全体的に１６０に示されるように、光ビーム１０１は、第１共振モードＭ１に対応する周波数ｆｏａと等しい周波数ｆｃｃｗへドライブされる。全体的に１６２に示されるように、光ビーム１０２は、第２共振モードＭ２に対応する周波数ｆｏｂと等しい周波数ｆｃｗへドライブされる。モードＭ１におけるピーク共振強度とモードＭ２におけるピーク共振強度との周波数差は、ｆＦＳＲと等しい。この開示に示された例について、レーザ源１１０及びレーザ源１１２は、１ｆＦＳＲだけ分離した隣接する共振モードＭ１、Ｍ２において動作する。しかしながら、レーザ源１１０及びレーザ源１１２がｆＦＳＲの他の整数倍だけ分離した周波数Ｍ１、Ｍ２において駆動される付加的な実施態様は、本開示の範囲内とみなされることが認識されるべきである。
【００１５】
[0022]  上で言及されたように、光ビーム１０１の周波数ｆｃｃｗは、第１共振切り替えサーボループ１３０によって共振周波数ｆｏａにロックされる一方、光ビーム１０２の周波数ｆｃｗは、第２共振切り替えサーボループ１３２によって共振周波数ｆｏｂにロックされる。一実施態様において、これはサーボループ１３０及び１３２を周波数ロックループとして動作させることによって達成される。より具体的に、ＣＣＷ光ビームは、共振器から情報を得るべく周波数変調又は位相変調される。ＣＣＷ伝搬する光ビーム１０１の一部分は、光カプラ１２３によって共振器１２０の外へ結合されて第１光検出器１２２へ届けられ、第１光検出器１２２は、光ビーム１０１の光強度を測定する。この測定から、光検出器１２２は、測定された光強度の関数として変化する電気信号である共振追跡信号１２３を生成する。ＣＣＷビームの平均の光周波数が共振状態にある場合、光検出器の出力は、変調周波数において周波数成分を有さないだろう。一次までは、変調周波数における光検出器の出力は、共振周波数からの微小な平均光周波数のずれに比例するだろう。共振周波数ｆｏａからのずれは、変調周波数における追跡誤差が共振追跡信号１２３に反映されることをもたらす。第１共振切り替えサーボループ１３０は、変調周波数における共振追跡信号１２３を入力し、変調周波数における追跡誤差をゼロへドライブするように光ビーム１０１の周波数ｆｃｃｗを調整する制御信号１４０を、レーザ源１１０へ出力する（即ち、制御信号１４０は光ビーム１０１を所望の共振周波数へドライブする）。同様にして、ＣＷ伝搬する光ビーム１０２の一部分は、光カプラ１２３によって共振器１２０の外へ結合されて第２光検出器１２４へ届けられ、第２光検出器１２４は、光ビーム１０２の光強度を測定する。この測定から、光検出器１２４は、測定された光強度の関数として変化する電気信号である共振追跡信号１２５を生成する。ＣＷビームの平均の光周波数が共振状態にある場合、光検出器の出力は、変調周波数において周波数成分を有さないだろう。一次までは、変調周波数における光検出器の出力は、共振周波数からの微小な平均光周波数のずれに比例するだろう。共振周波数ｆｏｂからのずれは、変調周波数における追跡誤差が共振追跡信号１２５に反映されることをもたらす。第２共振切り替えサーボループ１３２は、共振追跡信号１２５を入力し、変調周波数における追跡誤差をゼロへドライブするように光ビーム１０２の周波数ｆｃｗを調整する制御信号１４２を、レーザ源１１２へ出力する（即ち、制御信号１４２は光ビーム１０２を所望の共振周波数へドライブする）。ビームの各々がいつ共振モードにあるかの検出を容易化するために共振器１２０よりも前でＲＦＯＧ１００内部に適用される位相変調又は周波数変調は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許７，３６２，４４３によって説明されている。
【００１６】
[0023]  本開示によって説明される実施態様は光ビーム１０１及び１０２に対して用いられるそれぞれの共振モードを周期的に交換するので、共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は「共振切り替え」と称される。即ち、ある固定の時間期間の間、光ビーム１０１を共振周波数ｆｏａ（モードＭ１）とし、光ビーム１０２を共振周波数ｆｏｂ（モードＭ２）として動作させた後、共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は、光ビーム１０１を共振周波数ｆｏａから共振周波数ｆｏｂへ切り替えながら、同時に光ビーム１０２を共振周波数ｆｏｂから共振周波数ｆｏａへ切り替えるだろう。各光ビームを異なる共振モード間で交代させることで、以下に更に説明されるように、干渉型の後方散乱誤差、温度に誘発されるＦＳＲの変動に起因する誤差、及び二重光学後方散乱又は後方反射に起因する線形状非対称勾配（line shape asymmetry gradient）の誤差の軽減が更に容易化される。
【００１７】
[0024]  上で論じられた図１Ａは、共振器１２０が如何なる回転も経験していない（即ちｆΩ＝０であるような角回転速度を有する）という条件下における光ビーム１０１及び１０２の隣接する共振モードを示している。図１Ａに示されるように、共振器１２０が回転を受けていない時には、（曲線１８２によって示された）ＣＷ方向に進む光の様々な共振モードは、（曲線１８１によって示された）ＣＣＷ方向に進む光の様々な共振モードと周波数が揃うだろう。しかしながら、共振器１２０がその検知軸に対する回転を経験している時には、ＣＷ及びＣＣＷ方向の光が進むそれぞれの経路長はもはや等しくなく、サニャック効果として知られる現象を呈するだろう。例えば、もし共振器がＣＣＷ方向に回転し始めると、光ビーム１０１が共振器１２０を一周するのに進まなければならない距離は長さが増加する一方、光ビーム１０２が共振器１２０を一周するのに進まなければならない距離は長さが減少する。所与の光周波数に対して、ＣＷ及びＣＣＷ経路にぴったり入る波長の数は異なるようになり、したがって各方向に関する共振モードは、もはや互いに揃わないだろう。図１Ｂに示されるように、光ビーム１０１がロックされていたＣＣＷ方向の共振周波数１８１は、回転に起因するシフト（１／２）・ｆΩだけｆｏａ（共振モードＭ１に対する非回転共振周波数）からｆ１へシフトする。光ビーム１０２がロックされていたＣＷ方向の共振周波数１８２は、回転に起因するシフト（１／２）・ｆΩだけｆｏｂ（共振モードＭ２に対する非回転共振周波数）からｆ２へシフトする。図１Ｂの場合、光ビーム１０１及び１０２の周波数は、ゼロ回転の共振周波数ｆｏａ及びｆｏｂから変化しないままでいる。このケースでは、共振切り替えループがレーザ周波数を新たな共振周波数ｆ１及びｆ２へ制御するまで、共振追跡誤差信号が存在する。
【００１８】
[0025]  図２を参照すると、第１切り替え状態の間におけるＲＦＯＧ１００の動作が全体的に２１０に示されており、ここで、光ビーム１０１は共振モードＭ１にロックされ、光ビーム１０２は隣接する共振モードＭ２にロックされる。共振器１２０の回転により、光ビーム１０１が進む経路では、共振モードＭ１の周波数は、（全体的に２８１に示されるように）初期の共振周波数ｆｏａから共振周波数ｆ１へシフトしている。このシフトは直接的に回転の速度の関数であり、（１／２）・ｆΩに等しい。光ビーム１０２が進む経路では、共振モードＭ２の周波数は、（全体的に２８２に示されるように）初期の共振周波数ｆｏｂから新たな共振周波数ｆ２へ反対方向にシフトしている。このシフトも直接的に回転の速度の関数であり、（１／２）・ｆΩに等しい。上述されたようにして、共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は、光ビーム１０１及び１０２をこれら新たなそれぞれの共振周波数ｆ１及びｆ２に維持するように、光ビーム１０１及び１０２を調整しドライブするだろう。共振周波数のシフトと共振器１２０の回転速度に対するそれらの関係は、次のように表されることができる：
【００１９】
【数１】
2016212085.tif 000003
【００２０】
[0026]  このように、Δｆは回転速度の測定値ｆΩを含むが、ＦＳＲの成分も含むということが明らかである。共振器１２０の全長は温度と共に拡張及び収縮し、その理由のため、ＦＳＲは温度と共に変化する変数要素である。その理由のため、ｆＦＳＲは、ΔｆからｆΩを得るのに容易には算定されることができない。しかしながら、光ビーム１０１及び１０２間で共振モードを交換する第２切り替え状態へＲＦＯＧ１００の動作を切り替えることは、２つの未知数を有した２つの独立一次方程式のセットの開発へ通じ、ｆＦＳＲとｆΩの両方について解くことを可能にする。
【００２１】
[0027]  第２切り替え状態におけるＲＦＯＧ１００の動作が全体的に２２０に示されており、ここで、光ビーム１０１は今や共振モードＭ２にロックされ、光ビーム１０２は隣接する共振モードＭ１にロックされ、回転によるＣＣＷ及びＣＷ方向における共振周波数のシフトはそれぞれ２８３及び２８４に示されている。この状態では、共振周波数のシフトと共振器１２０の回転速度に対するそれらの関係は、次のように表されることができる：
【００２２】
【数２】
2016212085.tif 000004
【００２３】
[0028]  ΔｆとΔｆ’の方程式を加算することによって：
【００２４】
【数３】
2016212085.tif 000005
【００２５】
これは、ｆＦＳＲ成分の影響がない回転速度周波数の値ｆΩに対する式である。同様に、ΔｆとΔｆ’の方程式を減算することによって：
【００２６】
【数４】
2016212085.tif 000006
【００２７】
これは、回転速度周波数の値ｆΩの成分の影響なくｆＦＳＲを計算するための式を提供する。
【００２８】
[0029]  好都合なことに、光ビーム１０１及び１０２を共振モードＭ１及びＭ２間で切り替えることによる上述の方法でのΔｆ＋の計算は、値２ｆΩを生じさせるようにも働き、この値からは、線形状非対称勾配の誤差の効果がキャンセルされている。即ち、線形状非対称性による周波数シフトが上記の解析に含まれる場合、第１切り替え状態の動作に対する式は、次のようになる：
【００２９】
【数５】
2016212085.tif 000007
【００３０】
ここで、δｆａは、光ビーム１０１が共振モードＭ１にロックされている時の線形状非対称性による光ビーム１０１の周波数シフトであり、δｆｂは、光ビーム１０２が共振モードＭ２にロックされている時の線形状非対称性による光ビーム１０２の周波数シフトである。
【００３１】
[0030]  第２切り替え状態の動作に対する式は、次のようになる：
【００３２】
【数６】
2016212085.tif 000008
【００３３】
その結果再び：
【００３４】
【数７】
2016212085.tif 000009
【００３５】
これは、ｆＦＳＲ成分又は線形状非対称成分の影響がない回転速度周波数の値ｆΩに対する式である。
【００３６】
[0031]  上記の計算を促進するために、共振切り替えサーボループ１３０及び共振切り替えサーボループ１３２は、第１切り替え状態と第２切り替え状態を繰り返し反復して、その結果、各サイクルの第１の半分の間は、レーザ源１１０が共振モードＭ１にロックされると共にレーザ源１１２が共振モードＭ２にロックされ、各サイクルの第２の半分の間は、レーザ源１１０が共振モードＭ２にロックされると共にレーザ源１１２が共振モードＭ１にロックされる。上記に従って、共振切り替えサーボループ１３０は、各サイクルの第１の半分についてはｆ１に等しく、各サイクルの第２の半分についてはｆ１’に等しい制御信号１４０を出力する。同様に、共振切り替えサーボループ１３２は、各サイクルの第１の半分についてはｆ２に等しく、各サイクルの第２の半分についてはｆ２’に等しい制御信号１４２を出力する。図１に示されるように、制御信号１４０及び制御信号１４２はまた、それぞれフィードフォワード速度プロセッサ１３５へ供給され、その結果、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、Δｆ＋を計算し、それに基づいて、回転速度周波数の値ｆΩから回転速度の測定値Ωを出力することが可能である。いくつかの実装例では、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、更に、制御信号１４０及び制御信号１４２により与えられる値を利用して、ΔｆΔを計算し、それに基づいて、ＦＳＲの測定値ｆＦＳＲを出力することができる。
【００３７】
[0032]  ＦＳＲは温度と共に変化するため、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、ＦＳＲの変化に順応するのに十分なくらい素早くΔｆ＋を連続的に再計算する必要がある。さもなければ、もしΔｆ＋が現在の状況を表していない古いデータから計算されると、ほんの僅かのＦＳＲが回転速度出力に入り込み、したがって回転速度出力を毀損するだろう。共振周波数の切り替えは、ＦＳＲの誤差が回転速度の計算から打ち消されるように十分に高い周波数で行われる必要がある。しかしながら、あまりに頻繁に切り替えをすることには難点もある。サーボ１３０及び１３２が実際に共振モードＭ１及びＭ２間で切り替えを実施している有限の時間期間の間、制御信号１４０及び制御信号１４２によって運ばれる周波数データは破損され使用不能となる。したがって、共振切り替えの周波数を増大させることは、それぞれの共振切り替えサイクル当たりにフィードフォワード速度プロセッサ１３５へ送られる破損した使用不能なデータの割合も増大させ、フィードフォワード速度プロセッサ１３５が動作するのに用いなければならない切り替えサイクル当たりの使用可能なデータの割合を減じさせる。更に、全く別の考慮すべき事項は、システムデザイン基準を満たすためにＲＦＯＧ１００が新しい回転速度の測定値サンプルを出力する必要がある速度である。測定値サンプルの出力速度は、最適な共振切り替え周波数よりも大きさが何オーダーも速い可能性があるだろう。例えば、切り替え状態に対する期待される温度ダイナミクスに基づき１秒当たり１回（即ち１Ｈｚ）切り替えがなされることが最適であり得る場合に、ナビゲーションへの適用に関しては、ＲＦＯＧ１００は、１ｋＨｚ以上の周波数で回転速度の測定値サンプルを供給することを要求されるかもしれない。
【００３８】
[0033]  ＲＦＯＧ１００の検知帯域幅を制限することのないより低い共振切り替え周波数を提供するために、フィードフォワード速度プロセッサ１３５はまた、図３に示されたフィードフォワードメカニズムも活用する。図３において、曲線３１０は、第１光ビーム１０１が２つのｃｃｗ共振に交互にロックされている間における第１光ビーム１０１の周波数ｆ１対時間のプロットであり、一方、曲線３２０は、第２光ビーム１０２が２つのｃｗ共振に交互にロックされている間における第２光ビーム１０２の周波数ｆ２対時間のプロットである。それぞれの定常状態の時間間隔３１２、３１４、及び３１８の間（過渡期間３１６の間を除く）、ｆ１及びｆ２は共振器の共振周波数にロックされているものと想定され、そのためｆ１及びｆ２は、入力ビーム周波数と共に、測定されたｃｃｗ及びｃｗ共振器の共振周波数をそれぞれ示している。一実装例では、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、切り替えサイクルのそれぞれの半分に対して、共振器からの光ビーム１０１の出力に基づいて第１共振周波数の平均＜ｆ１＞を計算し、共振器からの光ビーム１０２の出力に基づいて第２共振周波数の平均＜ｆ２＞を計算する、１又は複数のデジタル信号処理ユニットを含む。切り替えサイクルの第１の半分と第２の半分の両方から得られる共振周波数の平均＜ｆ１＞、＜ｆ２＞の差を用いて、＜２ｆＦＳＲ＞に等しい平均＜ΔｆΔ＞が計算されることができ、これは全切り替えサイクル３１１の期間にわたって共振器１２０の平均ＦＳＲに比例する。ＦＳＲは温度と共に変化することを期待されるが、それはＲＦＯＧ１００が回転速度の測定値サンプルを出力する速度に匹敵する速度ではないため、直前の切り替えサイクル３１１から測定されたこの＜２ｆＦＳＲ＞は、現在のｆ１及びｆ２の共振周波数測定値からｆＦＳＲをキャンセルするためにフィードフォワード速度プロセッサ１３５によって用いられる。即ち、過去の共振切り替えサイクルに対して計算された＜２ｆＦＳＲ＞は、現在の切り替えサイクルに対して新たな＜２ｆＦＳＲ＞が計算されるまで、現在の切り替えサイクル中にＦＳＲを補償するべく高頻度の現時点の周波数測定値にフィードフォワードされて適用される。次いで、この新たな＜２ｆＦＳＲ＞は、次の切り替えサイクルのＦＳＲを補償するのに用いるためにフィードフォワード速度プロセッサ１３５へフィードフォワードされるだろう。任意の半サイクルの間の任意の時点において（即ち、現在の切り替え状態にかかわらず）、補正された現在の回転速度周波数値ｆΩの測定値は、
【００３９】
【数８】
2016212085.tif 000010
【００４０】
からフィードフォワード速度プロセッサ１３５によって計算されることができる。ここで、ｆ１及びｆ２は、共振切り替えサーボループ１３０及び共振切り替えサーボループ１３２の出力から与えられる現在の共振周波数測定値であり（ｃｗ及びｃｃｗビームの周波数はそれぞれ共振器のｃｗ及びｃｃｗ共振周波数にロックされているので）、＜ΔｆΔ＞は、過去の切り替えサイクルから計算されるフィードフォワードされたｆＦＳＲ誤差補正（これは上で説明された線形状非対称勾配の補正も含むことができる）である。
【００４１】
[0034]  全体的に３１１に示されるように、共振周波数測定の前回の全サイクルは、光ビーム１０１が共振モードＭ１にロックされ光ビーム１０２が共振モードＭ２にロックされた第１の１／２サイクル（３１２に示されている）と、光ビーム１０１が共振モードＭ２にロックされ光ビーム１０２が共振モードＭ１にロックされた第２の１／２サイクル（３１４に示されている）とを含む。図３において、測定サンプルの共振周波数切り替え状態は参照指標「ｑ」によって示され、一方、指標「ｉ」は共振切り替えサーボループ１３０及び１３２によって生成される共振周波数ｆ１、ｆ２の測定サンプルを示している。また図３において、高い方の周波数は２つの軌跡のうちの低い方によって表されており、モードＭ２の共振周波数がモードＭ１の共振周波数よりも高いことと整合している。３１４において図３を参照すると、平均＜ｆ１＞ｑ−１は、共振周波数測定の全サイクル３１１中の光ビーム１０１が共振モードＭ２にロックされていた間に捕らえられた、測定された共振周波数ｆ１の値の平均である。平均＜ｆ２＞ｑ−１は、共振周波数測定の全サイクル３１１中の光ビーム１０２が共振モードＭ１にロックされていた間に捕らえられた、測定された共振周波数ｆ２の値の平均である。３１２において図３を参照すると、平均＜ｆ１＞ｑ−２は、共振周波数測定の全サイクル３１１中の光ビーム１０１が共振モードＭ１にロックされていた間に捕らえられた、共振周波数ｆ１の値の平均である。平均＜ｆ２＞ｑ−２は、共振周波数測定の全サイクル３１１中の光ビーム１０２が共振モードＭ２にロックされていた間に捕らえられた、共振周波数ｆ２の値の平均である。３１６においては、モードＭ１及びＭ２間の切り替えが開始された直後に、共振周波数の各々は平らな線となることが留意されるべきである。これらの過渡期間の間は、＜ｆ１＞及び＜ｆ２＞の平均の計算に影響を及ぼさないように、ｆ１値及びｆ２値は無効化され未使用にされる。２つの半サイクル３１２及び３１４は一緒になって全共振切り替えサイクル３１１を形成し、この全共振切り替えサイクル３１１から、＜ΔｆΔ＞が次のように計算されることができる。３１２における第１の半サイクルから：
【００４２】
【数９】
2016212085.tif 000011
【００４３】
３１４における第２の半サイクルから：
【００４４】
【数１０】
2016212085.tif 000012
【００４５】
第２から第１を減じることで以下を与える：
【００４６】
【数１１】
2016212085.tif 000013
【００４７】
このＦＳＲの現在の見積もりは、次いで、以下を用いてサーボ１３０、１３２から（３１８に示された）現在の共振周波数値ｆ１，ｉ及びｆ２，ｉに適用するべくフィードフォワードされる。
【００４８】
【数１２】
2016212085.tif 000014
【００４９】
この結果、ＦＳＲ誤差と線形状非対称勾配の誤差に対して補償されると共に、＜ΔｆΔ＞からＦＳＲを見積もるのに用いられた共振切り替え周波数よりも大きさが何オーダーも高いサンプル周波数で計算されることが可能な、回転速度測定の現在の測定値ｆΩ，ｉが得られる。
【００５０】
[0035]  図４は、共振光ファイバジャイロスコープと共に実施されるフィードフォワード回転速度処理方法４００の一実装例を示すフローチャートである。一実施態様では、方法４００は、本明細書において説明されたＲＦＯＧ１００のフィードフォワード速度プロセッサ１３５と連携して実施される。したがって、ＲＦＯＧ１００又はその構成要素のいずれかに関して本明細書に記載された説明、選択肢、及び代替手段は、方法４００の要素と連携して利用されることができ、その逆もまた同様である。方法４００は、４１０において、第１時間期間に、第１光ビームを光共振器の第１共振モードＭ１にロックさせると共に第２光ビームを光共振器の第２共振モードＭ２にロックさせた状態で共振光ファイバジャイロスコープを動作させるステップであって、第２光ビームは第１光ビームと反対の方向に光共振器を伝搬するステップで始まる。一実施態様では、第１共振モードは第２共振モードからＦＳＲ１つ分だけ離れている。上述されたように、共振光ファイバジャイロスコープは、それぞれが前記光ビームの一方をファイバコイル共振器の中へ送り出す一対のレーザ源を備える。第１レーザ源の周波数は、第１共振切り替えサーボループから生成されたフィードバック制御信号によって第１共振モードＭ１にロックされる。第２レーザ源の周波数は、第２共振切り替えサーボループから生成されたフィードバック制御信号によって第２共振モードＭ２にロックされる。第１及び第２共振切り替えサーボループは各々、それぞれの光ビームの光パワーを測定する第１及び第２光検出器にそれぞれ結合される。いくつかの実施態様では、光ビームは各々、共振器に到達するのに先立って印加された光位相変調を有し、第１及び第２共振切り替えサーボループは、光ビームを復調して、いつ光ビームの周波数が共振器の共振モードにロックされるかを更に決定する。
【００５１】
[0036]  方法は、第１時間期間に、第１光ビームの出力に基づいて第１共振周波数の測定平均と第２光ビームの出力に基づいて第２共振周波数の測定平均を計算するステップで４２０へ進む。例えば、図３を参照すると、期間３１１は、直前の完全な切り替えサイクルの時間期間を表し、ここで３１２は、第１光ビームが共振モードＭ１にロックされ第２光ビームが共振モードＭ２にロックされる１／２サイクルの時間期間である。方法４００は、ブロック４２０において、１／２サイクル時間期間３１２についての第１共振周波数平均＜ｆ１＞ｑ−２及び第２共振周波数平均＜ｆ２＞ｑ−２を計算する。
【００５２】
[0037]  方法は、第１時間期間に続く第２時間期間に、第１光ビームを光共振器の第２共振モードＭ２にロックさせると共に第２光ビームを光共振器の第１共振モードＭ１にロックさせた状態で共振光ファイバジャイロスコープを動作させるステップで４３０へ進む。ここで、第１及び第２共振切り替えサーボループがブロック４１０における第１切り替え状態からブロック４３０における第２切り替え状態へ動作を切り替えたことを除いて、共振光ファイバジャイロスコープ。即ち、それらは各々、それぞれのレーザ源の動作を共振モードＭ１及びＭ２間で交換している。
【００５３】
[0038]  方法は、第２時間期間に、第１光ビームに対する第３共振周波数の平均と第２光ビームに対する第４共振周波数の平均を計算するステップで４４０へ進む。例えば、図３を参照すると、期間３１４は、第１光ビームが共振モードＭ２にロックされ第２光ビームが共振モードＭ１にロックされる１／２サイクルの時間期間である。方法４００は、ブロック４４０において、１／２サイクル時間期間３１４についての第３共振周波数平均＜ｆ１＞ｑ−１及び第４共振周波数平均＜ｆ２＞ｑ−１を計算する。
【００５４】
[0039]  方法は、第１共振周波数の平均、第２共振周波数の平均、第３共振周波数の平均、及び第４共振周波数の平均の関数として第１時間期間と第２時間期間にわたる自由スペクトル領域の平均を計算するステップで４５０へ進む。例えば、一実装例では、共振器の自由スペクトル領域の平均は、次のように＜ΔｆΔ＞ｑ−１を決定することによって計算されることができる：
【００５５】
【数１３】
2016212085.tif 000015
【００５６】
[0040]  方法は、第２時間期間の後に捕らえられた第１光ビームの第１共振周波数測定値、第２時間期間の後に捕らえられた第２光ビームの第２共振周波数測定値、及び自由スペクトル領域の平均の関数に基づいて、回転速度測定値ｆΩのサンプル信号を発生させるステップで４６０へ進む。上で示されたように、一実装例では、回転速度測定値サンプルｆΩは以下から得られる：
【００５７】
【数１４】
2016212085.tif 000016
【００５８】
[0041]  切り替え動作中における破損データの問題に対処するために、一実装例では、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、図５に示されるように、破損した測定値を補間するための外挿法を適用する。一実施態様では、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は回転速度測定値ｆΩを計算しメモリに格納するので、フィードフォワード速度プロセッサ１３５はまた、共振モード切り替え動作（５２２に示されている）の直前にある有効なｆΩデータの予め指定された区間（５２０に示されている）にわたって統計的な近似曲線５１０も計算する。統計的な近似曲線５１０は、線形平均、加重平均、二次近似、又は他の近似曲線として計算されることができる。共振モード切り替えが開始される（５２２に示されている）と、第１及び第２共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は、それぞれの共振周波数の追跡からロック解除するだろう。この時点において、第１及び第２共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は、共振モードを交換するように再構成されるだろう。サーボループ１３０及び１３２は停止され（５２４に示されている）、やがて新たなそれぞれの共振周波数にロックする（５２６に示されている）。サーボループ１３０及び１３２が共振周波数にロックされていない時間期間（５２５に示されている）の間、制御信号１４０及び１４２によって伝達されるｆ１及びｆ２値は破損し、その結果、フィードフォワード速度プロセッサ１３５によってそれらから計算されるどんな回転速度測定周波数値ｆΩも無効で使用不能となるであろう。したがって、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、５２２における切り替え開始と５２６におけるサーボループの再ロックの間の時間期間５２５においては、回転速度測定の計算値ｆΩを廃棄し、代わりに統計的な近似曲線５１０から計算された外挿値（５１２に示されている）を代用する。
【００５９】
[0042]  図６は、図１に示されたレーザ源１１０及び１１２の実装の一例を示すブロック図である。図６において、レーザ源１１０は第１スレーブレーザ６１０によって実装され、レーザ源１１２は第２スレーブレーザ６１２によって実装される。この実施態様では、ＲＦＯＧ１００は更に、マスタレーザ６８０として参照される第３のレーザを備える。所望の周波数ｆｃｃｗの光ビーム１０１を発生させるために、マスタレーザ６８０とスレーブレーザ６１０からのレーザ光が、（光カプラを備えることができる）ミキサ／コントローラ６８６において混合される。ミキサ／コントローラ６８６の内部において、２つのレーザ光ビーム間の光周波数差のビートを有する信号が生成される。ミキサ／コントローラ６８６は、そのビートを電気信号に変換する。サーボループ１３０のＤＤＳ１  ６８２からの共振周波数ｆ１出力１４０を基準として用いて、ミキサ／コントローラ６８６は、ビート電気信号の誤差を計算し、スレーブレーザ６１０から出力されるレーザ光の周波数を制御するための制御信号をスレーブレーザ６１０へ供給し、スレーブレーザ６１０は光ビーム１０１を形成する。所望の周波数ｆｃｗの光ビーム１０２を発生させるために、マスタレーザ６８０とスレーブレーザ６１２からのレーザ光が、（光カプラを備えることができる）ミキサ／コントローラ６８６において混合される。ミキサ／コントローラ６８６の内部において、２つのレーザ光ビーム間の光周波数差のビートを有する信号が生成される。ミキサ／コントローラ６８６は、そのビートを電気信号に変換する。サーボループ１３２のＤＤＳ２  ６８４からの共振周波数ｆ２出力１４２を基準として用いて、ミキサ／コントローラ６８６は、ビート電気信号の誤差を計算し、スレーブレーザ６１２から出力されるレーザ光の周波数を制御するための制御信号をスレーブレーザ６１２へ供給し、スレーブレーザ６１２は光ビーム１０２を形成する。
【００６０】
[0043]  図７は、フィードフォワード速度プロセッサ１３５と共に共振切り替えサーボループ１３０及び１３２を実装するための１つの例示的デザインを７００において示すブロック図である。したがって、図７に関する以下の要素の説明は図１に適用可能であり、逆もまた同様である。図７に示されるように、この実装例において、共振切り替えサーボループ１３０及び１３２はそれぞれ、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、位相復調器（Ｄｅｍｏｄ）、累算器（Ａｃｃｕｍ）、加算器、周波数切り替えランプ発生器、及び第１レーザ源オフセットレジスタを備える。動作時において、共振切り替えサーボループ１３０は共振追跡信号１２３を入力し、共振追跡信号１２３は、ＡＤＣ７１２によってデジタル化され、復調器７１４によって復調されて、光ビーム１０１が共振状態にある程度を示すデジタル誤差信号を与える。もし光ビーム１０１が共振状態にあるなら、誤差信号はゼロとなる。累算器７１６は、デジタル誤差信号を前回の誤差信号値のレジスタに加算する。制御信号１４０として加算器７１８（以下で論じられる）を通った結果は、ｆ１に比例したデジタル出力である。図７に示される実施態様では、制御信号１４０は、（例えばＤＤＳ６８２などの）第１ＤＤＳへ伝達されるデジタル信号である。このＤＤＳは、当該デジタル信号を、光ビーム１０１の周波数を制御するためにレーザ源１１０へ供給されるアナログ周波数基準制御信号に変換する。同時に、共振切り替えサーボループ１３２は共振追跡信号１２５を入力し、共振追跡信号１２５は、ＡＤＣ７３２によってデジタル化され、復調器７３４によって復調されて、光ビーム１０２が共振状態にある程度を示すデジタル誤差信号を与える。もし光ビーム１０２が共振状態にあるなら、誤差信号はゼロとなる。累算器７３６は、デジタル誤差信号を前回の誤差信号値のレジスタに加算する。制御信号１４２として加算器７３８（以下で論じられる）を通った結果は、ｆ２に比例したデジタル出力である。図７に示される実施態様では、制御信号１４２は、（例えばＤＤＳ６８４などの）第１ＤＤＳへ伝達されるデジタル信号である。このＤＤＳは、当該デジタル信号を、光ビーム１０２の周波数を制御するためにレーザ源１１２へ供給されるアナログ周波数基準制御信号に変換する。
【００６１】
[0044]  フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、サーボループ１３０及び１３２によって生成されたｆ１及びｆ２値を、信号１４０及び１４２を介して入力する。７５０に示されるように、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は＜ΔｆΔ＞ｑ−１を計算するための平均化アルゴリズムを含み、＜ΔｆΔ＞ｑ−１から、直前の切り替え期間に対する自由スペクトル領域の平均が、上で論じられたように＜ΔｆΔ＞ｑ−１＝＜Δｆ＞ｑ−１−＜Δｆ＞ｑ−２＝＜２ｆＦＳＲ＞を用いて計算されることが可能である。フィードフォワード速度プロセッサ１３５は、現在生成された共振周波数測定サンプルｆ１及びｆ２間の差をとるための、７５２に示された周波数差アルゴリズムｆ１，ｉ−ｆ２，ｉを含む。次いで、回転速度測定サンプルｆΩ，ｉが、図３に関して上で論じられたように−ｆΩ，ｉ＝ｆ１，ｉ−ｆ２，ｉ＋（１／２）・＜ΔｆΔ＞ｑ−１を用いて７５４において計算され、ｆΩ，ｉがＲＦＯＧ１００からの出力として供給される。上で論じられた理由のため、回転速度測定値ｆΩ，ｉは、＜ΔｆΔ＞ｑ−１を計算するのに利用された共振切り替え期間より何倍も速いサンプリングレートで生成され得る。
【００６２】
[0045]  一実施態様において、フィードフォワード速度プロセッサ１３５はまた、上で論じられたように関係２ｆＦＳＲ＝ΔｆΔ＝Δｆ’−Δｆに基づく瞬時ｆＦＳＲ測定アルゴリズム（７５６に示されている）をオプションとして含むこともでき、これもまたＲＦＯＧ１００からの出力として供給される。
【００６３】
[0046]  図７に示された実装例では、共振モード間におけるサーボループ１３０及び１３２の切り替えは、フィードフォワード速度プロセッサ１３５により生成されることができるＲＳイネーブル信号によってサーボループ１３０及び１３２内で開始される。例として共振切り替えサーボループ１３０を用いると、ＲＳイネーブル信号がアクティブにされた時に、累算器７１６は無効化され、これは累算器７１６が、レジスタを更に更新するのを停止し、光ビーム１０１を現在の共振モードから本質的にロック解除することを意味する。ＲＳイネーブル信号は、共振切り替えサーボループ１３０内の周波数切り替えランプ発生器７２０へも入力として供給される。周波数切り替えランプ発生器７２０の出力は、加算器７１８によって、累算器７１６に格納されている現在の値と加算される。ＲＳイネーブル信号がアクティブでない時、周波数切り替えランプ発生器７２０の出力はその終値において一定に保持され、加算器７１８は、累算器７１６とランプ発生器７２０の加算された出力を制御信号１４０として送り出す。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされた時には、累算器７１６の出力は一定に保持されてもはやレーザの周波数を制御せず、周波数切り替えランプ発生器７２０は、累算器７１６の一定出力と加算されて制御信号１４０を次の共振モードへドライブするランプ出力を生成する。一実施態様では、制御信号１４０を次に高い共振モードへドライブするために、周波数切り替えランプ発生器７２０は、ノミナルのより低い共振周波数に対応する初期値から当該初期値＋１ｆＦＳＲである最終値へランプ（ramp）する。同様に、制御信号１４０を次に低い共振モードへドライブするために、周波数切り替えランプ発生器７２０は、初期値の出力から当該初期値−１ｆＦＳＲの最終出力へランプする。ｆＦＳＲの厳密な値及び次の共振モードの明確な共振周波数は両方とも動的であり正確には分からないので（何故ならそれらは温度とＲＦＯＧ１００の回転加速度と共に変化するからである）、周波数切り替えランプ発生器７２０は、ブロック７５４による＜ΔｆΔ＞ｑ−１の計算から現在のｆＦＳＲの見積もりも供給される。即ち、光ビーム１０１を＋（１／２）・＜ΔｆΔ＞ｑ−１又は−（１／２）・＜ΔｆΔ＞ｑ−１のいずれかにランプすることによって、共振切り替えサーボループ１３０は、光ビーム１０１をおよそｆＦＳＲ１つ分だけ切り替え、それにより、光ビーム１０１を新しい共振モードにロックするのに共振切り替えサーボループ１３０がサーボすることが必要になるだろう誤差を低減する。周波数ランプ発生器７２０が周波数ランプを完了すると、ＲＳイネーブル信号は非アクティブにされ、累算器７１６は有効化される。周波数ランプ発生器がレーザ周波数をおよそｆＦＳＲ１つ分だけランプするので、累算器７１６の出力は光ビーム１０１を共振状態に維持するための必要な値に既に非常に近くなっており、したがって光ビーム１０１を素早く共振状態に制御する。
【００６４】
[0047]  共振切り替えサーボループ１３２は、きっかり同じ方法で、切り替えを開始するためにＲＳイネーブル信号に応答する。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされた時に、累算器７３６は無効化され、これは累算器７３６が、レジスタを更に更新するのを停止し、光ビーム１０２を現在の共振モードから本質的にロック解除することを意味する。ＲＳイネーブル信号は、共振切り替えサーボループ１３２内の周波数切り替えランプ発生器７４０へも入力として供給される。周波数切り替えランプ発生器７４０の出力は、加算器７３８によって、累算器７３６の出力と加算される。ＲＳイネーブル信号がアクティブでない時、周波数切り替えランプ発生器７４０の出力はその終値において一定に保持され、加算器７３８は、累算器７３６とランプ発生器７４０の加算された出力を制御信号１４２として送り出す。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされた時には、累算器７３６の出力は一定に保持されてもはやレーザの周波数を制御せず、周波数切り替えランプ発生器７４０は、累算器７３６の一定出力と加算されて制御信号１４２を次の共振モードへドライブするランプ出力を生成する。一実施態様では、制御信号１４２を次に高い共振モードへドライブするために、周波数切り替えランプ発生器７４０は、ノミナルのより低い共振周波数に対応する初期値から当該初期値＋１ｆＦＳＲである最終値へランプする。同様に、制御信号１４２を次に低い共振モードへドライブするために、周波数切り替えランプ発生器７４０は、初期値の出力から当該初期値−１ｆＦＳＲの最終出力へランプする。ｆＦＳＲの厳密な値及び次の共振モードの明確な周波数は両方とも動的であり正確には分からないので（何故ならそれらは温度とＲＦＯＧ１００の回転加速度と共に変化するからである）、周波数切り替えランプ発生器７４０は、ブロック７５４による＜ΔｆΔ＞ｑ−１の計算から現在のｆＦＳＲの見積もりも供給される。即ち、光ビーム１０２を＋（１／２）・＜ΔｆΔ＞ｑ−１又は−（１／２）・＜ΔｆΔ＞ｑ−１のいずれかにランプすることによって、共振切り替えサーボループ１３２は、光ビーム１０２をおよそｆＦＳＲ１つ分だけ切り替え、それにより、光ビーム１０２を新しい共振モードにロックするのに共振切り替えサーボループ１３２がサーボすることが必要になるだろう誤差を低減する。周波数ランプ発生器７４０が周波数ランプを完了すると、ＲＳイネーブル信号は非アクティブにされ、累算器７３６は有効化される。周波数ランプ発生器がレーザ周波数をおよそｆＦＳＲ１つ分だけランプするので、累算器７３６の出力は光ビーム１０１を共振状態に維持するための必要な値に既に非常に近くなっており、したがって光ビーム１０２を素早く共振状態に制御する。ＲＳイネーブルが非アクティブにされると、共振切り替えサーボループ１３０及び１３２は両方とも、今や新たな共振モードにロックされた通常動作を再開する。
【００６５】
[0048]  ＲＳイネーブル信号のアクティブ化は、破損した回転速度測定値ｆΩの、図５に関して上述されたような外挿値との置き換えをトリガーするのにも利用される。一実施態様では、フィードフォワード速度プロセッサ１３５内の外挿器７６０は、（図５の５２２における）共振モード切り替え動作を開始するためにＲＳイネーブル信号がアクティブにされる直前にある有効なｆΩデータ５２０の予め指定された区間にわたって統計的な近似曲線４１０を計算するアルゴリズムを実装する。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされていない時、置き換え機能７６２は、有効なｆΩデータがＲＦＯＧ１００の出力として通過することを許容する。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされると、置き換え機能７６２は、ブロック７５４から到来する破損したｆΩデータを破棄し、代わりに、そのデータを外挿器７６０によって計算された外挿見積もり後の回転速度ｆΩで置き換える。即ち、ＲＳイネーブル信号がアクティブにされている限り、ＲＦＯＧ１００の回転速度出力は外挿見積もり後の回転速度ｆΩに基づくだろう。
【００６６】
[0049]  瞬時ｆＦＳＲ測定アルゴリズム（７５６に示されている）も提供する実施態様のために、フィードフォワード速度プロセッサ１３５は更に、ＲＳイネーブル信号がアクティブにされる直前にある有効なｆＦＳＲ，ｉデータの予め指定された区間にわたって統計的な近似曲線を計算するアルゴリズムを実装した、フィードフォワード速度プロセッサ１３５内のオプションの第２外挿器７６４を含むことができる。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされていない時、置き換え機能７６６は、ブロック７５６からの有効なｆＦＳＲ，ｉデータがＲＦＯＧ１００の出力として通過することを許容する。ＲＳイネーブル信号がアクティブにされると、置き換え機能７６６は、ブロック７５６からの破損したｆＦＳＲ，ｉデータを破棄し、代わりに、そのデータを外挿器７６４によって計算された外挿見積もり後のｆＦＳＲ，ｉで置き換える。即ち、ＲＳイネーブル信号がアクティブにされている限り、ＲＦＯＧ１００のｆＦＳＲ，ｉ出力は外挿見積もり後のｆＦＳＲ，ｉに基づくだろう。
【００６７】
＜例示的実施態様＞
[0050]  例１は、光共振器を有する共振光ファイバジャイロスコープのためのフィードフォワード回転速度処理方法であって、第１時間期間に、第１光ビームを前記光共振器の第１共振モードＭ１にロックさせると共に第２光ビームを前記光共振器の第２共振モードＭ２にロックさせた状態で前記共振光ファイバジャイロスコープを動作させるステップであって、前記第２光ビームは前記第１光ビームと反対の方向に前記光共振器を伝搬する、ステップと、前記第１時間期間に、前記第１光ビームの出力に基づいて第１共振周波数の測定平均と前記第２光ビームの出力に基づいて第２共振周波数の測定平均を計算するステップと、前記第１時間期間に続く第２時間期間に、前記第１光ビームを前記光共振器の前記第２共振モードＭ２にロックさせると共に前記第２光ビームを前記光共振器の前記第１共振モードＭ１にロックさせた状態で前記共振光ファイバジャイロスコープを動作させるステップと、前記第２時間期間に、前記第１光ビームに対する第３共振周波数の平均と前記第２光ビームに対する第４共振周波数の平均を計算するステップと、前記第１共振周波数の平均、前記第２共振周波数の平均、前記第３共振周波数の平均、及び前記第４共振周波数の平均の関数として前記第１時間期間と前記第２時間期間にわたる自由スペクトル領域の平均を計算するステップと、前記第２時間期間の後に捕らえられた前記第１光ビームの第１共振周波数測定値、前記第２時間期間の後に捕らえられた前記第２光ビームの第２共振周波数測定値、及び前記自由スペクトル領域の平均の関数に基づいて、回転速度測定の周波数値ｆΩのサンプル信号を発生させるステップと、を含む方法を含む。
【００６８】
[0051]  例２は、前記第１共振モードＭ１と前記第２共振モードＭ２は、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）１つ分だけ周波数が離れている、例１の方法を含む。
【００６９】
[0052]  例３は、前記第１時間期間と前記第２時間期間は、等しい時間長さである、例１−２のいずれかの方法を含む。
【００７０】
[0053]  例４は、前記自由スペクトル領域の平均は、線形状非対称勾配の誤差の計量を含む、例１−３のいずれかの方法を含む。
【００７１】
[0054]  例５は、第１共振切り替えサーボループによって制御される第１レーザ源を用いて前記第１光ビームを発生させるステップと、第２共振切り替えサーボループによって制御される第２レーザ源を用いて前記第２光ビームを発生させるステップと、を更に含む、例１−４のいずれかの方法を含む。
【００７２】
[0055]  例６は、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて前記第１光ビームを前記第１共振モードＭ１から前記第２共振モードＭ２へ切り替えるために前記第１共振切り替えサーボループの出力をランプするステップと、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて前記第２光ビームを前記第２共振モードＭ２から前記第１共振モードＭ１へ切り替えるために前記第２共振切り替えサーボループの出力をランプするステップと、を更に含む、例５の方法を含む。
【００７３】
[0056]  例７は、前記回転速度測定値ｆΩのサンプル信号を発生させる前記ステップは、回転速度測定値ｆΩを
【００７４】
【数１５】
2016212085.tif 000017
【００７５】
に等価な方程式から計算するステップを更に含み、ここで、ｆ１は前記第１光ビームに対する現在の共振周波数測定値であり、ｆ２は前記第２光ビームに対する現在の共振周波数測定値であり、（１／２）・＜ΔｆΔ＞は前記自由スペクトル領域の平均に等しい、例１−６のいずれかの方法を含む。
【００７６】
[0057]  例８は、前記項（１／２）・＜ΔｆΔ＞は、
【００７７】
【数１６】
2016212085.tif 000018
【００７８】
から計算され、ここで、＜ｆ１＞ｑ−２は前記第１光ビームに対する前記第１共振周波数の平均に等しく、＜ｆ２＞ｑ−２は前記第２光ビームに対する前記第２共振周波数の平均に等しく、＜ｆ２＞ｑ−１は前記第１光ビームに対する前記第３共振周波数の平均に等しく、＜ｆ１＞ｑ−１は前記第２光ビームに対する前記第４共振周波数の平均に等しい、例７の方法を含む。
【００７９】
[0058]  例９は、有効な回転速度測定周波数値ｆΩのサンプルデータの予め指定された区間にわたって統計的な近似曲線を計算するステップと、前記第１光ビームが共振モードＭ１及びＭ２間で切り替わり前記第２光ビームが共振モードＭ２及びＭ１間で切り替わる前記第１時間期間と前記第２時間期間の間における切り替え動作中に、前記統計的な近似曲線から外挿された回転速度データから前記回転速度測定周波数値ｆΩのサンプル信号を発生させるステップと、を更に含む、例１−８のいずれかの方法を含む。
【００８０】
[0059]  例１０は、フィードフォワード回転速度処理を用いた共振光ファイバジャイロスコープシステムであって、光ファイバ共振器と、それぞれが前記光ファイバ共振器に結合された第１レーザ源及び第２レーザ源であって、前記第１レーザ源は第１光ビームを前記光ファイバ共振器の中へ送り出し、前記第２レーザ源は第２光ビームを前記第１光ビームと反対の方向に前記光ファイバ共振器の中へ送り出す、第１レーザ源及び第２レーザ源と、前記第１光ビームを第１切り替え状態の間、前記光ファイバ共振器の第１共振モードＭ１にロックし、前記第１光ビームを第２切り替え状態の間、前記光ファイバ共振器の第２共振モードＭ２にロックするように構成された第１共振切り替えサーボループと、前記第２光ビームを前記第１切り替え状態の間、前記第２共振モードＭ２にロックし、前記第２光ビームを前記第２切り替え状態の間、前記第１共振モードＭ１にロックするように構成された第２共振切り替えサーボループと、前記第１共振切り替えサーボループ及び前記第２共振切り替えサーボループに結合され、共振周波数測定値の以前の共振切り替えサイクルにわたって自由スペクトル領域の平均を計算し、前記自由スペクトル領域の平均を現在の共振周波数測定値に適用して回転速度測定の周波数値ｆΩのサンプル信号を出力するフィードフォワード速度プロセッサと、を備えるシステムを含む。
【００８１】
[0060]  例１１は、前記第１共振モードＭ１と前記第２共振モードＭ２は、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）１つ分だけ周波数が離れている、例１０のシステムを含む。
【００８２】
[0061]  例１２は、前記自由スペクトル領域の平均は、線形状非対称勾配の誤差の計量を含む、例１０−１１のいずれかのシステムを含む。
【００８３】
[0062]  例１３は、前記以前の共振切り替えサイクルは、前記第１光ビームが前記光共振器の前記第１共振モードＭ１にロックされ前記第２光ビームが前記光共振器の前記第２共振モードＭ２にロックされた第１時間期間と、前記第１光ビームが前記光共振器の前記第２共振モードＭ２にロックされ前記第２光ビームが前記光共振器の前記第１共振モードＭ１にロックされた、前記第１時間期間に続く第２時間期間とを含み、前記自由スペクトル領域の平均は前記第１時間期間と前記第２時間期間にわたって計算される、例１０−１２のいずれかのシステムを含む。
【００８４】
[0063]  例１４は、前記第１時間期間と前記第２時間期間は、等しい時間長さである、例１３のシステムを含む。
【００８５】
[0064]  例１５は、前記フィードフォワード速度プロセッサは前記第１時間期間の間、前記光ファイバ共振器中を進む前記第１光ビームに基づいて第１共振周波数の平均と前記光ファイバ共振器中を進む前記第２光ビームに基づいて第２共振周波数の平均を計算し、前記フィードフォワード速度プロセッサは前記第２時間期間の間、前記光ファイバ共振器中を進む前記第１光ビームに基づいて第３共振周波数の平均と前記光ファイバ共振器中を進む前記第２光ビームに基づいて第４共振周波数の平均を計算する、例１３−１４のいずれかのシステムを含む。
【００８６】
[0065]  例１６は、前記フィードフォワード速度プロセッサは、前記第１共振周波数の平均、前記第２共振周波数の平均、前記第３共振周波数の平均、及び前記第４共振周波数の平均の関数として前記第１時間期間と前記第２時間期間にわたる前記自由スペクトル領域の平均を計算する、例１５のシステムを含む。
【００８７】
[0066]  例１７は、前記フィードフォワード速度プロセッサは、有効な回転速度測定周波数値ｆΩのサンプルデータの予め指定された区間にわたって統計的な近似曲線を計算し、前記第１光ビームが共振モードＭ１及びＭ２間で切り替わり前記第２光ビームが共振モードＭ２及びＭ１間で切り替わる切り替え動作中に、前記統計的な近似曲線から外挿された回転速度データから前記回転速度測定周波数値ｆΩのサンプル信号を発生させる、例１０−１６のいずれかのシステムを含む。
【００８８】
[0067]  例１８は、前記フィードフォワード速度プロセッサは、前記回転速度測定周波数値ｆΩのサンプルを
【００８９】
【数１７】
2016212085.tif 000019
【００９０】
に等価な方程式から計算し、ここで、ｆ１は前記第１光ビームの現在の共振周波数測定値であり、ｆ２は前記第２光ビームの現在の共振周波数測定値であり、（１／２）・＜ΔｆΔ＞は前記自由スペクトル領域の平均に等しい、例１０−１７のいずれかのシステムを含む。
【００９１】
[0068]  例１９は、前記第１共振切り替えサーボループは、前記フィードフォワード速度プロセッサから前記自由スペクトル領域の平均を受け取る第１周波数切り替えランプ発生器を備え、前記第１周波数切り替えランプ発生器は、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて、前記第１光ビームを前記第１共振モードＭ１から前記第２共振モードＭ２へ切り替えるために前記第１共振切り替えサーボループの出力をランプする、例１０−１８のいずれかのシステムを含む。
【００９２】
[0069]  例２０は、前記第２共振切り替えサーボループは、前記フィードフォワード速度プロセッサから前記自由スペクトル領域の平均を受け取る第２周波数切り替えランプ発生器を備え、前記第２周波数切り替えランプ発生器は、前記自由スペクトル領域の平均に基づいて、前記第１光ビームを前記第２共振モードＭ２から前記第１共振モードＭ１へ切り替えるために前記第２共振切り替えサーボループの出力をランプする、例１９のシステムを含む。
【００９３】
[0070]  様々な代替的実施態様において、（例えば共振器切り替えサーボループ若しくはフィードフォワード速度プロセッサ、又はそれらのサブパーツなど）この開示の全体を通じて説明されたシステム要素、方法のステップ、又は例は、それらの要素、処理、又は例を実現するための、非一時的データ記憶装置に格納されたコードを実行するプロセッサを備える１又は複数のコンピュータシステム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、あるいは類似のデバイス上に実装されることができる。したがって、本開示の他の実施態様は、そのようなコンピュータシステムによって実装された時にそれらが本明細書で説明された実施態様を実現することを可能にする、コンピュータ可読媒体上に存在するプログラム命令を備えた要素を含むことができる。本明細書で用いられる際、「コンピュータ可読媒体」という用語は、非一時的な物理的形態を有する有形のメモリ記憶装置を意味する。そのような非一時的な物理的形態は、限定ではないが、パンチカード、磁気ディスク若しくはテープ、任意の光学式データ記憶システム、フラッシュリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（Ｅ−ＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は、物理的で有形の形態を有した任意の他の形態の永続的、半永続的、若しくは一時的なメモリ記憶システム又は装置などの、コンピュータメモリ装置を含むことができる。プログラム命令は、コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能命令、及び超高速集積回路（ＶＨＳＩＣ）ハードウェア記述言語（ＶＨＤＬ）などのハードウェア記述言語を含むが、これらに限定されない。
【００９４】
[0071]  本明細書において特定の実施態様が例示され説明されてきたけれども、それと同じ目的を達成するように意図されたあらゆる改変が、示された当該特定の実施態様に取って代わることができる、ということが当業者によって理解されるだろう。この出願は、本発明のあらゆる翻案又は変形を網羅するように意図される。したがって、この発明は、クレーム及びその均等物によってのみ限定される、ということが明白に意図される。
【図１】
2016212085.tif 000020
【図１Ａ】
2016212085.tif 000021
【図１Ｂ】
2016212085.tif 000022
【図２】
2016212085.tif 000023
【図３】
2016212085.tif 000024
【図４】
2016212085.tif 000025
【図５】
2016212085.tif 000026
【図６】
2016212085.tif 000027
【図７】
2016212085.tif 000028
【外国語明細書】
2016212085000001.pdf