(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の多重化された信号チャネルを含む光信号処理のための信号処理システムであり、このシステムは、
２つ以上の出力を持つ偏光ダイバーシチ検出器と、
複数のフォトダイオードであって、各フォトダイオードがそれぞれ前記偏光ダイバーシチ検出器の１つの出力に接続されており、その結果、２つ以上の信号経路を形成するものであるところの複数のフォトダイオードと、
複数の光レシーバであって、各光レシーバがそれぞれ１つのフォトダイオードに接続されているところの複数の光レシーバと、
複数のアナログ−ディジタル変換器であって、各アナログ−ディジタル変換器がそれぞれ１つの光レシーバに接続されているところの複数のアナログ−ディジタル変換器と、
各アナログ−ディジタル変換器の出力に接続されているバススイッチと、
前記バススイッチに接続されている１つまたは２つ以上のディジタルダウンコンバータであって、各ディジタルダウンコンバータがそれぞれ前記複数の信号チャネルの１つに対応し、各ディジタルダウンコンバータが各信号経路に接続されており、各ディジタルダウンコンバータがそれぞれ前記複数の信号チャネルの１つに対応する同相成分のデータおよび直交成分の位相データを出力するところの１つまたは２つ以上のディジタルダウンコンバータと、
前記ディジタルダウンコンバータおよび前記バススイッチに接続されているシステムコントローラと、
前記システムコントローラおよび前記バススイッチに接続されている校正ディジタルダウンコンバータと、
各ディジタルダウンコンバータによって出力される前記同相成分のデータおよび前記直交成分の位相データを処理する信号プロセッサとを備え、
前記校正ディジタルダウンコンバータは、前記システムコントローラによって制御され、各ディジタルダウンコンバータについて、ディジタルダウンコンバータの最適設定を決定するために各ディジタルダウンコンバータの動作を順番に模倣し、
前記システムコントローラは、前記ディジタルダウンコンバータが前記最適設定に基づいて校正されるように、各ディジタルダウンコンバータについての決定された前記最適設定を更新する。
【請求項２】
請求項１に係る信号処理システムにおいて、前記システムコントローラと前記ディジタルダウンコンバータは、１つの信号および制御バスを介して接続されており、このため、前記ディジタルダウンコンバータの校正が、システムの立ち上がり時または通常のシステム動作における所定のタイムスロットの間にのみ実行される。
【請求項３】
請求項１に係る信号処理システムにおいて、前記システムコントローラと前記ディジタルダウンコンバータは、別個の信号および制御バスを介して接続されており、これにより、信号処理と校正が同時に実行され、信号処理に悪影響を与えることなく、各チャネルについての前記最適設定が動的に更新される。
【請求項４】
請求項３に係る信号処理システムは、さらに前記アナログ−ディジタル変換器に接続された、各データ経路へのディジタル出力信号をバッファリングするためのバッファを含む。
【請求項５】
請求項４に係る信号処理システムにおいて、前記光レシーバはさらに、
前記フォトダイオードによって生成された電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅器と、
前記トランスインピーダンス増幅器の出力に接続される可変ゲイン増幅器と、
前記可変ゲイン増幅器の出力をフィルタリングするためのアンチエイリアシングフィルタとを含む。
【請求項６】
請求項５に係る信号処理システムは、さらに前記システムコントローラと各光レシーバとの間に接続される第１ディジタル−アナログ変換器を含み、
前記第１ディジタル−アナログ変換器は、前記システムコントローラによって出力されたディジタルゲイン値を、各可変ゲイン増幅器のゲインを調整するためのアナログ値に変換する。
【請求項７】
請求項６に係る信号処理システムは、さらに前記同相成分のデータおよび前記直交成分の位相データをデカルト座標の形から極座標の形に変換するための座標変換器を含む。
【請求項８】
請求項７に係る信号処理システムは、さらに前記システムコントローラによって実行されるシステム校正ルーチンを格納するための、前記システムコントローラに接続されたメモリを含む。
【請求項９】
請求項８に係る信号処理システムは、さらに前記ディジタルダウンコンバータと前記座標変換器との間に接続される８ビットから１６ビットの変換器を含む。
【請求項１０】
請求項９に係る信号処理システムは、さらに前記８ビットから１６ビットの変換器の同相成分のデータ出力に接続されている第２ディジタル−アナログ変換器と、直交成分のデータ出力に接続されている第３ディジタル−アナログ変換器とを含む。
【請求項１１】
請求項３に係る信号処理システムにおいて、前記偏光ダイバーシチ検出器は、２つの出力を有する。
【請求項１２】
光ファイバ干渉センサ列に問い合わせるための音波信号処理システムであり、このシステムは、
入力光信号を供給するためのレーザ手段と、
音波圧力波に応答する光ファイバ干渉センサ列であって、各センサが前記入力光信号を検出された音波圧力波に従って変調するところのものである光ファイバ干渉センサ列と、
前記センサによって出力された変調済みの前記入力光信号であって、それぞれが異なる周波数（チャネル）の信号であるところの入力光信号を、一本の回線上に多重化する多重化手段と、
２つ以上の出力を持つ偏光ダイバーシチ検出器と、
複数のフォトダイオードであって、各フォトダイオードがそれぞれ偏光ダイバーシチ検出器の１つの出力に接続されており、その結果、２つ以上の信号経路を形成するものであるところの複数のフォトダイオードと、
複数の光レシーバであって、各光レシーバがそれぞれ１つのフォトダイオードに接続されているところの複数の光レシーバと、
複数のアナログ−ディジタル変換器であって、各アナログ−ディジタル変換器がそれぞれ１つの光レシーバに接続されているところの複数のアナログ−ディジタル変換器と、
各アナログ−ディジタル変換器の出力に接続されているバススイッチと、
前記バススイッチに接続されている複数のディジタルダウンコンバータであって、各ディジタルダウンコンバータがそれぞれ前記複数の信号周波数の１つに対応し、各ディジタルダウンコンバータが各信号経路に接続されており、各ディジタルダウンコンバータがそれぞれ前記複数の信号チャネルの１つに対応する同相成分のデータおよび直交成分の位相データを出力するところの複数のディジタルダウンコンバータと、
前記ディジタルダウンコンバータおよび前記バススイッチに接続されているシステムコントローラと、
前記システムコントローラおよび前記バススイッチに接続されている校正ディジタルダウンコンバータと、
各ディジタルダウンコンバータによって出力される前記同相成分のデータおよび前記直交成分の位相データを処理する信号プロセッサとを備え、
前記校正ディジタルダウンコンバータは、前記システムコントローラによって制御され、各ディジタルダウンコンバータについて、ディジタルダウンコンバータの最適設定を決定するために各ディジタルダウンコンバータの動作を順番に模倣し、
前記システムコントローラは、前記ディジタルダウンコンバータが前記最適設定に基づいて校正されるように、各ディジタルダウンコンバータについての決定された前記最適設定を更新する。
【請求項１３】
請求項１２に係る音波信号処理システムにおいて、前記システムコントローラと前記ディジタルダウンコンバータは、別個の信号および制御バスを介して接続されており、これにより、信号処理と校正が同時に実行され、信号処理に悪影響を与えることなく、各チャネルについての前記最適設定が動的に更新される。
【請求項１４】
請求項１３に係る音波信号処理システムにおいて、前記光レシーバはさらに、
前記フォトダイオードによって生成された電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅器と、
前記トランスインピーダンス増幅器の出力に接続される可変ゲイン増幅器と、
前記可変ゲイン増幅器の出力をフィルタリングするためのアンチエイリアシングフィルタとを含む。
【請求項１５】
請求項１４に係る音波信号処理システムは、さらに前記システムコントローラと各光レシーバとの間に接続される第１ディジタル−アナログ変換器を含み、
前記第１ディジタル−アナログ変換器は、前記システムコントローラによって出力されたディジタルゲイン値を、各可変ゲイン増幅器のゲインを調整するためのアナログ値に変換する。
【請求項１６】
請求項１５に係る音波信号処理システムは、さらに前記同相成分のデータおよび前記直交成分の位相データをデカルト座標の形から極座標の形に変換するための座標変換器と、前記座標変換器によって出力された前記極座標データを処理するための音波信号プロセッサを含む。
【請求項１７】
請求項１２に係る音波信号処理システムでは、前記最適設定は各チャネルの最適偏光ダイバーシチ検出器経路、最適な同相の位相値、最適な直交成分の位相値、正規化された同相のゲイン値、正規化された直交成分の位相のゲイン値を含む。
【請求項１８】
請求項１７に係る音波信号処理システムにおいて、前記光ファイバ干渉センサ列は、潜水艦の船体上に取り付けられる。
【請求項１９】
請求項１７に係る音波信号処理システムにおいて、前記光ファイバ干渉センサ列は、海底上に設置され、前記海底に関する地質情報を測定するために音波圧力波が水上の船から発せられる。
【請求項２０】
光ファイバ干渉センサの列に問い合わせる方法は、
入力光信号を前記列に供給するステップと、
音波圧力波に応答して前記センサによって出力された変調済みの入力光信号であって、それぞれが異なる周波数（チャネル）の信号であるところの入力光信号を、一本の回線上に多重化するステップと、
前記多重化された信号を、２つ以上の出力を持つ偏光ダイバーシチ検出器に入力するステップと、
各偏光ダイバーシチ検出器出力の光子エネルギを電流に変換するステップと、
各電流を電圧に変換するステップと、
各アナログ信号をディジタル信号に変換するステップと、
各ディジタル信号を複数のディジタルダウンコンバータに供給するステップと、
前記ディジタル信号を前記複数のディジタルダウンコンバータを用いて処理するステップであり、これにより、各ディジタルダウンコンバータがそれぞれ前記複数の信号周波数の１つに対応し、各ディジタルダウンコンバータは各信号経路に接続され、各ディジタルダウンコンバータはそれぞれ前記複数の信号周波数の１つに対応する同相成分のデータおよび直交成分の位相データを出力するところのステップと、
各ディジタルダウンコンバータについてディジタルダウンコンバータの最適設定を決定するために各ディジタルダウンコンバータの動作を順番に模倣することによって前記ディジタルダウンコンバータの校正をするステップと、
前記決定された最適設定を用いて各ディジタルダウンコンバータを更新するステップと、
各ディジタルダウンコンバータによって出力される前記同相成分のデータおよび前記直交成分の位相データを、音波信号プロセッサを用いて処理するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して信号処理の分野に関し、具体的には、多重チャネル利用における光ファイバ干渉センサの問い合わせのための方法と装置方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、本出願の譲受人に譲渡された、「信号処理システムにおけるディジタルダウンコンバータの校正（キャリブレーション）のための方法と装置」と題する、出願番号        の別の出願に関連する。
水中での利用のための音波リスニングシステムは周知の技術である。例えば、最新の軍事潜水艦には、高感度な水中の聴取能力を持ち、相対的な位置情報を与える、音波センサ列が備えられている。各センサは、入力信号を変調することによって、入力の圧力波に反応し、全てのセンサの出力は音と位置の情報を測定するために処理される。これらのセンサ列は通常、潜水艦の船体に取り付けられているか、潜水艦の後ろに曳航されている。理想的には、センサは潜水艦の船体に取り付けられるであろうが、従来技術の音波センサは、多くの潜水艦に利用するにはあまりに重すぎた。しかし、近年の音波センサ列の技術の進歩により、潜水艦の船体に設置できるほど軽量で、かつ非常に高感度な信号応答をするセンサ列が製造されるようになった。このような重量の減少はまた、センサの数を増やすことを可能にした。
【０００３】
水中音波センサのもう一つの利用場面は、地質調査業においてであり、特に、海底石油の探鉱のためである。非常に多くのセンサ列を海底の既知の埋蔵石油の近辺に配置することができる。次に、水上の船は、音波圧力波（すなわち、大きな空中爆発）を発する。音波圧力波とその圧力波の海底からの反射はセンサ列によって検出される。次に、センサからのデータは処理され、分析され、最適の穿孔場所を決定する、または既知の埋蔵場所の状態を観測する。
【０００４】
これらの利用場面およびこれらに関連する利用場面において、音波センサの数が増え、複雑になるにつれて、付随する信号処理回路も同様に増える。先行技術のシステムは、センサに問い合わせるためにアナログ回路を使うが、これらのアナログシステムは、ドリフトしやすく、正確に校正することが非常に難しい。また、近年の技術の進歩により、信号処理の特有の問題を持つ光ファイバ干渉センサが供給されるようになった。（アメリカ電気・電子通信学会、量子エレクトロニクス学術誌ＱＥ−１８、Ｎｏ．１０、１９８２年１０月、「位相作成キャリアを使う光ファイバセンサのためのホモダイン受信法の復調機構」参照、ここで参照により本明細書の内容に組み込まれる）。なお、本参考文献は、周波数「I」,「Q」が異なる変調・復調方式を示す。この方式は本発明において使われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、アナログシステムの欠点を克服し、光ファイバ干渉センサ列と共に使用することができる信号処理システムが必要である。
よって、本発明の第１の目的は、先行技術の欠点を克服する光ファイバ干渉センサに問い合わせるための装置と方法を供給することである。
【０００６】
本発明の第２の目的は、先行技術のアナログシステムの問題の影響を受けないディジタル信号処理システムを供給することである。
本発明の第３の目的は、先行技術のアナログシステムと較べると、校正することがより簡単で、ドリフトしにくい音波信号処理システムを供給することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１から第３、そして他の目的は、入力光信号をファイバ光干渉センサ列に供給するレーザ手段を含む音波信号処理システムによって満たされうる。このファイバ光干渉センサ列は音波圧力波に応答し、ここで各センサは入力光信号を検出された音波圧力波に従って変調する。多重化手段は、センサによって出力される変調された入力光信号を、一本（または数本）の回線に多重化する。出力信号はまず、２以上の出力を持つ偏光ダイバーシチ検出器によって処理される。偏光ダイバーシチ検出器の出力に接続されたフォトダイオードは、光信号を電流に変換する。光レシーバは、電流を電圧に変換し、アナログ−ディジタル変換器はアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【０００８】
バススイッチは、ディジタル信号を複数のディジタルダウンコンバータに接続する。各ディジタルダウンコンバータは、複数の信号周波数の１つに対応し、ここで各ディジタルダウンコンバータは各信号経路に接続されており、各ディジタルダウンコンバータはそれぞれ複数の信号周波数の１つに対応する同相データおよび直交位相データを出力する。次に、ディジタルダウンコンバータによるデータ出力は、さらに信号処理ブロックによって処理される。
【０００９】
システムコントローラは、ディジタルダウンコンバータおよびバススイッチに接続する。校正ディジタルダウンコンバータは、システムコントローラによって制御され、各ディジタルダウンコンバータの最適のディジタルダウンコンバータ設定を決定するために各ディジタルダウンコンバータの動作を模倣する。システムコントローラは、最適設定に基づいてディジタルダウンコンバータが校正されるように、各ディジタルダウンコンバータのために最適設定を更新する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下の記述は、当業者がだれでも本発明を製造し、使用し、かつ発明者によって考案された発明実施の最良の形態を公開することができるように、という目的でなされる。しかし、本発明の基本原理は、多重チャネル利用における光ファイバ干渉センサ問い合わせのための技術を具体的に示すために、ここで限定されているにすぎないのであり、様々な変形例は、当業者にとって明らかであり続けるであろう。
【００１１】
図１は、本発明を取り入れた潜水艦システム１００の概略ブロック図である。船内レシーバモジュール１０２は、必要な電子制御および処理回路を含み、潜水艦内部に位置する。軽量の光ファイバセンサ列１０４は、潜水艦の船体上に位置する（すなわち、水中で動作する）。各センサは、船内レシーバ１０２から送られてくる光信号１１８を変調することによって、入力される音波圧力波に反応する。各センサ（各センサは異なる搬送周波数で動作する）からの変調された信号は受動的に一本の光ファイバケーブル上に多重化され、レシーバに送り返される。次に、チャネル信号はレシーバ１０２によって分離され、復調される。
【００１２】
船内レシーバ１０２は、電力接続１０６を介して潜水艦の電力システムに接続されている。船内レシーバ１０２は、レシーバの各構成要素に必要な電力を与えるために電力配分・調整ブロック１１２を含む。入力光信号１１８は、レーザモジュール１１６によって作成される。レーザモジュール１１６は、レーザ、位相モジュレータ、レーザドライバカード、レーザコントローラカードを含む。好ましい実施例で使用されるレーザは、カリフォルニア州、パロ・アルトのライトウェーブ・エレクトロニクス社のＭｏｄｅｌ  １２５  ２００ ｍＷ  Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。
【００１３】
図２に示されるように、好ましい実施例は、８つの対応するセンサ列１０４ａ〜１０４ｈを駆動する８つのレーザ１１７ａ〜１１７ｈを使用する。各レーザは５６のセンサ（チャネル）、つまり潜水艦の各側面上の２８のチャネルに電力を供給する。各レーザは、正弦波信号を入力する位相モジュレータ１１９ａ〜１１９ｈによって変調される。位相モジュレータ１１９ａ〜１１９ｈのそれぞれは、異なる周波数の正弦波（好ましい実施例では１．５ＭＨＺ〜２．２ＭＨＺ）を入力する。各レーザの波長は、通常１３１９ナノメートルであるが、各レーザは１３１９ナノメートル前後の、異なる「色」で動作する。周波数シンセサイザ１４２は、技術上周知のことであるように、８つの異なる「色」を作成するために各レーザの温度を個別に制御する。各センサアレイからの第１のチャネルは、信号マルチプレクサ１２１を介して多重化される。次に、この多重化された信号はレシーバカード１２２によって処理される。使用されるセンサの数に応じて、数個のレシーバカードが必要となる。
【００１４】
周波数シンセサイザ１４２は、マスタシステムクロックを含み、レーザモジュール１１６の動作、具体的には、レーザカラー、電源、温度モニタリング等のパラメタを制御する。タイミング情報は、回線１４４を介してレシーバカードに与えられる。ＣＰＵ１３０と関連したメモリ１４０は、データ回線１３２、１３４、１３８を介してシステムレベル制御と状態情報を他のレシーバ１０２の構成要素に供給する。ＣＰＵ１３０はまた、レーザモジュールのための「総合的な」校正処理手順を制御するが、この制御の詳しい記述は本発明の範囲を越えている。
【００１５】
レシーバカード１２２は、リターン信号１２０を分離し、復調して、追加の信号処理を供給する共通ビーム形成カード１２４に信号を出力する。ファイバチャネルカード１２６は、信号情報を外部ファイババス１１０に供給する。好ましい実施例では、各レシーバカード１２２は、７つのリターンファイバ、つまり合計５６のチャネルからの信号を処理する。
【００１６】
図３は、図１に示すレシーバカード１２２の詳細なブロック図である。音波センサ列によって出力された信号λ(φ(ｔ))１２０（８つのチャネルを含む）は、偏光ダイバーシチ検出器（ＰＤＤ）２００に入力される。３つの出力を有するＰＤＤの例は、「光信号検出装置および偏光信号が光ファイバ干渉センサシステムにおいて変動することを防ぐ方法」と題する、米国特許出願No.５，４４８，０５８に記述されている。好ましい実施例においては、２つのセルのＰＤＤまたは２出力のＰＤＤが使用されている。ＰＤＤ２００は、偏光信号がリターン信号１２０において変動することを防ぐ。ＰＤＤ２００は、リターン光ファイバ信号１２０の光子エネルギを、２つのフォトダイオード（図示せず）を介して２つの別個の電流、電流２００ａ、２００ｂに変換する。光レシーバ２０２ａ、２０２ｂのそれぞれにおいて、トランスインピーダンス増幅器は入力電流を電圧に変換する。可変ゲイン増幅器は、電圧レベルを設定して、信号対ノイズレベルを最大限にし、電圧レベルがアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）２０４ａ、２０４ｂの飽和レベルより低いことを確実にする。光レシーバ２０２ａ、２０２ｂ内のアンチエイリアシングフィルタは、ＡＤＣ２０４ａ、２０４ｂにその後移る信号をフィルタリングする。ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２３４は、システムコントローラ２２６によって各光レシーバ２０２ａ、２０２ｂ内の各可変ゲイン増幅器のために出力されるディジタルゲイン値からゲイン値を作成する。
【００１７】
光レシーバ２０２ａ、２０２ｂのアナログ出力は次に、高速（＞毎秒２５．６メガサンプル（ＭＳＰＳ））、高分解能（＞１２ビット）のアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）２０４ａ、２０４ｂによってディジタル化される。好ましい実施例で使用されるＡＤＣは、アナログ・デバイセズ社が製造する部品番号９０４２である。使用されるＡＤＣの数は、ＰＤＤ２００からの出力の数に直接に左右される。概して、２つの出力があるが、３つも可能である。ここで、ディジタル化された出力は、周波数分割位相多重によって作られた搬送波のすべてのチャネルからなる複合信号を含み、戻り光ファイバ信号１２０の側波帯を運ぶものである。
【００１８】
各ＡＤＣ２０４ａ、２０４ｂの出力は、各ＡＤＣ２０４ａ、２０４ｂ信号経路を引き出す多極切替（マルチスロー、マルチポール）のバススイッチ２０６へバッファリングされ、通される。バススイッチ２０６の１つの出力は、信号経路２３８を介してディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２２８へ向かう。信号経路２３８は、以下に記述するように、校正チャネルの部分として使用される。バススイッチ２０６の出力は、信号チャネルＤＤＣ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｎへ向かう。バススイッチ２０６の目的は、各ＤＤＣがどのようなＡＤＣ出力にも接続できるようにすることである。これは、ＰＤＤ選択アルゴリズムによって必要とされる。ＰＤＤ選択アルゴリズムについては以下に図３を参照して説明する。
【００１９】
各ＤＤＣ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｎは、ディジタル情報をミックスダウンし、フィルタリングし、合成された信号から１つのチャネルを分離することによってディジタルデマルチプレクサとして動作する。好ましい実施例において使用されるＤＤＣチップは、グレイチップ社が製造するＧＣ４０１４チップである。この特定のデバイスは、２チャネルの能力を持っている。他の実施例では、各チップは、１／２チャネルの能力しか持っていないかもしれない。必要なＤＤＣの数は、ある利用場面で使用されるチャネルの数にに左右される。例えば、もし、入力信号１２０が８つの多重化されたチャネルを持っていれば、そのとき、４つのＤＤＣチップが必要となる。本実施例においては、２８のＤＤＣ（５６チャネル）がレシーバカード１２２毎に使用されるが、ただ１つの校正ＤＤＣとシステムコントローラが（以下に記述するように）必要とされる。このようにして、５６の多重化された信号すべてを処理するために７つのチャネル群（多重化された出力信号列毎に８チャネル）が必要である。
【００２０】
各ＤＤＣ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｎは、位相の直交する成分で表したときの同相成分（I）ワードと直交成分（Q）ワードを出力する。これらのＤＤＣ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｎからのＩ、Ｑ成分は、別個のＩバス、Ｑバスに時分割多重化（ＴＭＤ）されて出力される。出力信号経路２１０、２１２（好ましい実施例においては、直列の単方向のデータ経路である）は、８ビットワードであるＩとＱを、これらをバッファリングして８ビットワードを１６ビットワードに変換するものであるバッファ２１４に出力する。
【００２１】
Ｉワード、Ｑワードは、あるタイムシーケンス内でＤＤＣのすべてから復調される。Ｉワード、Ｑワードは、座標変換器２１６によって、デカルト座標の形から極座標の形に変換される。好ましい実施例の座標変換器２１６は、レイセオン社が製造するＴＭＣ２３３０Ａチップであるが、他の似たようなデバイスであってもよい。座標変換器２１６の出力は、瞬間位相角であり、その変化は、環境からの音波信号の音波圧力における変化に直接に関連し、その変化率は、環境からのある光ファイバセンサのための音波信号の周波数に直接に関連する。チャネル毎の瞬間位相角は、さらに音波信号プロセッサ２１８において積分とフィルタリングアルゴリズムとでもって処理される。次に、音波信号プロセッサ２１８の出力は、望まれるように表示装置またはさらなる信号処理ブロックに供給されてもよい。２つのＤＡＣ２２２と２２４は、出力信号をテストするために、または様子を見るために使われうるＩ信号とＱ信号を与える。例えば、Ｉ信号、Ｑ信号は、Ｉ信号、Ｑ信号の図的表現を調べるためにオシロスコープのＸ入力、Ｙ入力に接続されることができる。
【００２２】
次に、校正の手順の動作について説明する。バススイッチ２０６の出力２３８は、校正チャネルＤＤＣ２２８に入力される。もし、２つ以上のＰＤＤ２００があれば、校正チャネルＤＤＣ２２８に時分割多重方式で入力する、２つ以上のバススイッチ２０６がある。校正チャネルＤＤＣ２２８は、各信号チャネルを順番に模倣するように設定される。校正チャネルは、ＰＤＤ出力選択、位相偏移調整、Ｉ／Ｑバランスを、各信号チャネルごとに目立たない方法で調べる方法を供給する。データは、ＤＤＣ２２８によって処理されて、信号チャネルＤＤＣ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｎに似たＩワード、Ｑワードになる。Ｉワード、Ｑワードは、チャネル性能の決定に必要な情報を抽出するためにシステムコントローラ２２６によって処理される。好ましい実施例のシステムコントローラ２２６は、アナログデバイセズ社が製造するＡＤＳＰ２１８１である。
【００２３】
次に、システムコントローラ２２６の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。次に述べるステップは、システムコントローラのＲＯＭ２３２に格納されるソフトウェアによって実行され、または、システムの初期化時に、コードをシステムＣＰＵ１３０によってＲＡＭにダウンロードされることもできる。ステップ３００で電源が初期化される、またはシステムが再初期化されると、ステップ３０２において、すべての割込みが禁止される。ステップ３０４において、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）は、関連ＲＡＭメモリ、ＤＤＣと共に初期化される。次に、ステップ３０６で割込みが可能となる。ステップ３０８において、信号チャネルと校正チャネルが選択される。そして、ステップ３１０で、最適のＰＤＤ信号が選択される。このＰＤＤ選択ステップは、図７を参照してさらに説明される。ステップ３１２において、Ｉ成分についての位相偏移アルゴリズムが実行される。この位相偏移アルゴリズムは、図５に詳しく示される。同様に、ステップ３１４において、図６に示されるように、Ｑ成分についての位相偏移アルゴリズムが実行される。ステップ３１６において、Ｉ／Ｑバランスアルゴリズムが実行される。Ｉ／Ｑバランスアルゴリズムは、図８に詳しく示される。すべてのチャネルが校正されるまで、ステップ３０８〜３１６が各チャネルのために繰り返される。１つの実施例においては、システムの起動時においてのみ、校正が実行される。しかし、好ましい実施例においては、校正の手順は、システムが動作するかぎり、各ＤＤＣのために続く。結果として、システムを目立たないように校正する動的校正システムが生じ、その一方で信号処理機能は影響を受けない。
【００２４】
最適のＰＤＤ信号を選択するための手順（ステップ３１０）は、図７のフローチャートに示されている。ステップ６０２において、第１ＡＤＣ２０４ａが選択され、ステップ６０４において、Ｉデータサンプル、Ｑデータサンプルが獲得される。最大のＩpeak-to peak値がステップ６０６で計算される。次に、ステップ６０６で決定された最大のＩpeak-to peak値がステップ６０８で格納される。そして、ステップ６１０で第２ＡＤＣ２０４ｂが選択される。次にステップ６１２で、Ｉデータサンプル、Ｑデータサンプルが第２ＡＤＣ２０４ｂのために獲得される。再び、最大のＩpeak-to-peak値がステップ６１４で計算され、この値がステップ６１６で格納される。次に、ステップ６１８で２つの格納された最大のＩpeak-to-peak値が比較される。次に、大きい方のＩpeak-to-peak値を生じたＡＤＣが選択される（ステップ６２０、６２２）。異なるＡＤＣを選択することは、Ｉ信号レベル、Ｑ信号レベルに対称的に影響するので、１つの信号（ＩまたはＱ）だけについて調べれば十分である。なお、ＰＤＤ選択ステップはそれぞれのチャネルのために別々に実行される。このようにして異なるＤＤＣが異なるＡＤＣ入力を実際に使用することができる。これが、各ＤＤＣが両方のＡＤＣに接続される必要がある理由である。
【００２５】
Ｉ成分のための位相偏移アルゴリズム（ステップ３１２）、Ｑ成分のための位相偏移アルゴリズム（ステップ３１４）は、それぞれ、図５、図６に示される。このアルゴリズムの目的は、結果として各チャネルのために最大の位相信号（Ｉデータ）と直交成分の位相信号（Ｑデータ）とを生じる位相オフセットを決定することである。これは、それぞれの位相オフセットが等しい位相増分を持つように校正チャネルＤＤＣ２２８のチャネル制御レジスタをプログラムし、対応するＩデータおよびＱデータをチャネル出力レジスタから読み出すことによって達成される。校正チャネルＤＤＣ２２８によって作成されたＩデータおよびＱデータは、システムコントローラ２２６によって読み出され、２つの別々のバッファに格納される。一度、十分な数のデータサンプルが蓄積されると、位相偏移アルゴリズムがＩデータ、Ｑデータについて実行される。位相偏移アルゴリズムの出力は、Ｉ−位相オフセット、Ｑ−位相オフセットを作成する。これらのオフセットは、結果として最大の振幅のＩ信号およびＱ信号を生じる。次に、これらの最適のオフセット値は、関連する信号チャネルＤＤＣに格納される
ステップ４０４において、位相増分は校正チャネルＤＤＣ２２８に格納され、Ｉデータ値、Ｑデータ値が獲得される。ステップ４０６において、Ｉのための最大のピークツーピーク値が計算される。本実施例においては、３２のサンプルが使用されるが、利用形態によって、より多い、またはより少ないサンプルが使用されうる。もし、ステップ４０６で計算されたＩ値が、１つ前の値以上であるならば、最大のＩ（ｎ）peak-to-peak変数が現在のＩの値に等しくなるように設定され、対応する位相もまたステップ４１０において保存される。そうでなければ、ステップ４１２において、最大のＩ（ｎ）変数は、Ｉの１つ前の値に等しくなるように設定され、対応する位相値は保存される。この手順は、ステップ４０２において、全てのＩ位相増分が試されるまで繰り返される。次に、結果としての最大のＩ（ｎ）値は、現在のチャネルに関連した対応のＤＤＣチップに格納される。
【００２６】
Ｑの位相偏移値を決定する手順は、図６に示すように、Ｉの位相変位値を決定する手順と全く同じであり、フローチャートの詳しい分析は繰り返されない。  図８は、Ｉ／Ｑバランスアルゴリズム（図４のステップ３１６）を示したフローチャートである。この手順は、アングル計算における誤差を最小化するために、また、最大のＩベクトル、最大のＱベクトルを正規化するために必要である。ステップ７００において、現在の信号チャネルのための現在のＩゲイン設定、Ｑゲイン設定が読み出され、現在のチャネルのためにＩデータサンプル、Ｑデータサンプルが獲得される。ステップ７０４では、Ｉ値、Ｑ値が比較される。もし、ＩがＱより大きければ、次に新しいＩゲインがステップ７０６で計算される。新しいＩゲイン値は、商［Ｑ／Ｉ］を掛けられた現在のＩゲイン値に等しい。しかし、もし、Ｑよりも大きくなければ、次にステップ７０８で新しいＱゲイン値が計算される。新しいＱゲイン値は、商［Ｉ／Ｑ］を掛けられた現在のＱゲイン値に等しい。そして、ゲイン値は現在の信号チャネルのＤＤＣに対して再書込みされる。
【００２７】
好ましい実施例において、ＤＤＣのための制御信号バスおよびデータバスは別個のものである。ＤＤＣとシステムコントローラ間の制御信号経路は別個の双方向性の並列バスである。データ信号は別個の直列バスに出力される。データをＤＤＣへ、およびＤＤＣから移動するために異なるバスを用いることにより、バックグラウンド校正動作は、高速信号データ処理フローに並行に処理される。この結果、高速信号処理とバックグラウンド校正処理の両方が同時に実行されうる。別の実施例では、信号と制御情報の両方が同じ並列バスを共用し、バス上の処理能力制限のために、校正のルーチンは、立ち上がりの間だけ、または通常のシステム動作に中断がある時のみ実行される。
【００２８】
当業者は、今説明されたばかりの好ましい実施例の様々な利用と変形が、発明の範囲と精神に反することなく構成されうることを正当に評価するであろう。それゆえに、本発明が、添付のクレームの範囲内で、ここに明確に記述した以外の方法で実行されうることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明の正確な性質は、その諸目的および利益とともに、添付図面に示した内容により直ちに明瞭となるであろう。なお、図面中、同一数字は同一部分を示すものである。
【図１】本発明を取り入れた潜水艦システムの概略ブロック図である。
【図２】センサ列を駆動するレーザモジュールのための好ましい構成を示したブロック図である。
【図３】本発明のハードウェアブロック図である。
【図４】本発明のシステムコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図５】同相信号（Ｉデータ）のための位相偏移アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６】直交位相信号（Ｑデータ）のための位相偏移アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】偏光ダイバーシチ検出器（ＰＤＤ）の選択手順の機能フローを示すフローチャートである。
【図８】Ｉ／Ｑバランスアルゴリズムを示すフローチャートである。
【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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