JP2884263B2 - ディザ方式リングレーザージャイロのディザ信号除去装置 - Google Patents
ディザ方式リングレーザージャイロのディザ信号除去装置Info
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- G—PHYSICS
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/66—Ring laser gyrometers
- G01C19/661—Ring laser gyrometers details
- G01C19/662—Ring laser gyrometers details signal readout; dither compensators
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、リングレーザージャイロのようなセンサに
固有のロックインを最小限に抑えるためにディザバイア
スを使用するリングレーザージャイロに関する。さらに
詳細には、本発明は、センサ回転出力信号からディザ信
号を除去するメカニゼーションに関する。
固有のロックインを最小限に抑えるためにディザバイア
スを使用するリングレーザージャイロに関する。さらに
詳細には、本発明は、センサ回転出力信号からディザ信
号を除去するメカニゼーションに関する。
発明の背景 通常はリングレーザージャイロと呼ばれるリングレー
ザー角速度センサの行動は良く理解されている。逆方向
に伝ぱんするレーザービームが共通の周波数に共にロッ
クしようとする、ロックインとして知られる現象は、こ
のようなセンサに固有のものである。ロックイン現象
は、航法システムに悪影響を及ぼす性能誤差を発生させ
る。
ザー角速度センサの行動は良く理解されている。逆方向
に伝ぱんするレーザービームが共通の周波数に共にロッ
クしようとする、ロックインとして知られる現象は、こ
のようなセンサに固有のものである。ロックイン現象
は、航法システムに悪影響を及ぼす性能誤差を発生させ
る。
ロックインの影響をなくす又は少なくするために、J.
E.Killpatrickの名で発行された米国特許第3,373,650に
示され且つ記載されているような交番バイアス方式によ
り、リングレーザージャイロをバイアスしても良い。交
番バイアス方式は通常はディザと呼ばれ、電気光学式や
機械的方式を含む様々な方式により実現できる。上記の
方式及びそれに類似する方式のディザは逆方向に伝ぱん
するレーザービームの行動に直接影響するので、センサ
の読出し信号は慣性速度情報を含むのみならず、センサ
のディザ(交番バイアス)に直接関連する信号成分をも
含んでいる。
E.Killpatrickの名で発行された米国特許第3,373,650に
示され且つ記載されているような交番バイアス方式によ
り、リングレーザージャイロをバイアスしても良い。交
番バイアス方式は通常はディザと呼ばれ、電気光学式や
機械的方式を含む様々な方式により実現できる。上記の
方式及びそれに類似する方式のディザは逆方向に伝ぱん
するレーザービームの行動に直接影響するので、センサ
の読出し信号は慣性速度情報を含むのみならず、センサ
のディザ(交番バイアス)に直接関連する信号成分をも
含んでいる。
ジャイロを慣性プラットフォーム、すなわち、取付け
台に取付けて、機械用ディザを適用する状況において
は、ジャイロの出力は台の角運動と、取付け台に対する
ジャイロのディザ運動との和から構成されることにな
る。これは、センサ読出し装置がセンサに直接取付けら
れている(レーザーブロック取付け形)か、あるいは前
記の特許に示されるようにセンサ取付け台に対して固定
されている(ケース取付け形)かにかかわらず起こる事
実である。
台に取付けて、機械用ディザを適用する状況において
は、ジャイロの出力は台の角運動と、取付け台に対する
ジャイロのディザ運動との和から構成されることにな
る。これは、センサ読出し装置がセンサに直接取付けら
れている(レーザーブロック取付け形)か、あるいは前
記の特許に示されるようにセンサ取付け台に対して固定
されている(ケース取付け形)かにかかわらず起こる事
実である。
交番バイアスによってセンサ読出し信号に寄与する信
号部分をディザ信号成分と呼ぶ。雑音の少ない航法シス
テムの場合、特にブロック取付け形読出し装置における
制御の問題を回避するために、一般に、読出し信号のデ
ィザ信号成分をできる限り少なくするか、又は除去する
ことが必要である。
号部分をディザ信号成分と呼ぶ。雑音の少ない航法シス
テムの場合、特にブロック取付け形読出し装置における
制御の問題を回避するために、一般に、読出し信号のデ
ィザ信号成分をできる限り少なくするか、又は除去する
ことが必要である。
データ信号成分を除去するための従来の解決方法に
は、特に、ノッチフィルタがある。しかしながら、この
ようなノッチフィルタは、制御ループ又は読出し信号処
理システムのいずれかの安定性にも影響を及ぼしうる利
得や移相の妨害を発生させる。別の解決方法は、Elbert
に対して発行された米国特許第4,248,534号に教示され
ているようなデジタルパルス減算方式を利用する。
は、特に、ノッチフィルタがある。しかしながら、この
ようなノッチフィルタは、制御ループ又は読出し信号処
理システムのいずれかの安定性にも影響を及ぼしうる利
得や移相の妨害を発生させる。別の解決方法は、Elbert
に対して発行された米国特許第4,248,534号に教示され
ているようなデジタルパルス減算方式を利用する。
望ましい解決方法は、ディザ信号成分とほぼ同等であ
る修正信号を発生することによりディザ信号成分を除去
するというものである。この後者の方式は、Ljung他に
対して発行された米国特許第4,344,706号に教示されて
いる。Ljung他は、ディザ回転の時計回り成分と反時計
回り成分を追跡する追跡回路の使用を教示する。センサ
の逆方向に伝ぱんするレーザービームに応答する通常の
読出し信号からこれらのディザ成分を減算することによ
り、修正読出し信号を供給する。
る修正信号を発生することによりディザ信号成分を除去
するというものである。この後者の方式は、Ljung他に
対して発行された米国特許第4,344,706号に教示されて
いる。Ljung他は、ディザ回転の時計回り成分と反時計
回り成分を追跡する追跡回路の使用を教示する。センサ
の逆方向に伝ぱんするレーザービームに応答する通常の
読出し信号からこれらのディザ成分を減算することによ
り、修正読出し信号を供給する。
別の方式は、Ferrissに対して発行された米国特許第
4,610,543号に教示されるような電子ディザ補償器によ
りディザ信号成分を剥取る。この特許は、修正読出しカ
ウントを供給するために、ディザに起因する読出し出力
カウントを読出し出力カウントから減算するようなリン
グレーザージャイロ読出しメカニゼーションのアップ/
ダウンカウント方式を示す。
4,610,543号に教示されるような電子ディザ補償器によ
りディザ信号成分を剥取る。この特許は、修正読出しカ
ウントを供給するために、ディザに起因する読出し出力
カウントを読出し出力カウントから減算するようなリン
グレーザージャイロ読出しメカニゼーションのアップ/
ダウンカウント方式を示す。
Ferrissの特許は、システム読出し信号のディザ成分
を減少させる閉ループフィードバック方式をさらに示
す。Ferrissでは、ジャイロ読出し信号からディザ修正
信号を減算して、修正センサ出力信号を取出す。閉ルー
プ修正は、ディザ、すなわち、交番バイアスを表すディ
ザ基準信号の関数としてディザ修正信号を発生すること
により実行され、その修正信号とディザ基準信号との関
係は、修正センサ出力信号におけるディザ信号成分の関
数として制御される。
を減少させる閉ループフィードバック方式をさらに示
す。Ferrissでは、ジャイロ読出し信号からディザ修正
信号を減算して、修正センサ出力信号を取出す。閉ルー
プ修正は、ディザ、すなわち、交番バイアスを表すディ
ザ基準信号の関数としてディザ修正信号を発生すること
により実行され、その修正信号とディザ基準信号との関
係は、修正センサ出力信号におけるディザ信号成分の関
数として制御される。
発明の簡単な説明 本発明の目的は、通常のリングレーザージャイロ読出
しにおけるディザ信号成分を除去して、修正ジャイロ出
力を供給するリングレーザージャイロのディザ信号補償
器を提供することである。
しにおけるディザ信号成分を除去して、修正ジャイロ出
力を供給するリングレーザージャイロのディザ信号補償
器を提供することである。
本発明の目的は、デジタル信号処理技術により実現し
うるディザ信号補償器を提供することである。
うるディザ信号補償器を提供することである。
本発明によるディザ方式リングレーザージャイロの好
ましい実施例においては、ディザ角度又はディザ角速度
を表す情報を供給するために、ディザ基準信号を発生す
る。この情報は信号プロセッサにより処理されて、
(i)ディザ角度を示すディザ基準信号の第1の関数に
第1の係数を乗じた値と、(ii)ディザ角速度を示すデ
ィザ基準信号の第2の関数に第2の係数を乗じた値との
和である修正信号を発生する。前記の係数は、ディザ基
準信号及び通常のセンサ出力信号から取出した履歴デー
タに基づいて選択又は発生されれば良い。次に、修正信
号を通常のリングレーザージャイロ出力信号から減算し
て、修正センサ出力信号を得る。
ましい実施例においては、ディザ角度又はディザ角速度
を表す情報を供給するために、ディザ基準信号を発生す
る。この情報は信号プロセッサにより処理されて、
(i)ディザ角度を示すディザ基準信号の第1の関数に
第1の係数を乗じた値と、(ii)ディザ角速度を示すデ
ィザ基準信号の第2の関数に第2の係数を乗じた値との
和である修正信号を発生する。前記の係数は、ディザ基
準信号及び通常のセンサ出力信号から取出した履歴デー
タに基づいて選択又は発生されれば良い。次に、修正信
号を通常のリングレーザージャイロ出力信号から減算し
て、修正センサ出力信号を得る。
図面の説明 図1は、従来の技術のリングレーザージャイロを示す
概略ブロック線図である。
概略ブロック線図である。
図2は、ジャイロ読出し信号からディザ信号成分を除
去する本発明の概略ブロック線図である。
去する本発明の概略ブロック線図である。
図3は、本発明の別の実施例の概略ブロック線図であ
る。
る。
発明の詳細な説明 そこで図1に関して説明すると、先に挙げた特許に示
されているものに類似するリングレーザージャイロが示
してある。ジャイロ10は、逆方向に伝ぱんするレーザー
ビームの伝ぱん経路の指示構造を形成するレーザーブロ
ック12を含む。
されているものに類似するリングレーザージャイロが示
してある。ジャイロ10は、逆方向に伝ぱんするレーザー
ビームの伝ぱん経路の指示構造を形成するレーザーブロ
ック12を含む。
センサ10は、一般に正弦信号であるディザ駆動信号14
に応答して前述のようにディザバイアス、すなわち交番
バイアスを供給するディザメカニゼーション(図示せ
ず)を含む。たとえば、ブロック10は先に挙げた特許に
示すように回転振動されてもよい。圧電素子が装着され
ているディザスプリング(図示せず)は、ディザ駆動信
号14に応答して、スプリングをたわませ、ブロック12を
一般には慣性プラットフォームと呼ばれる取付け台(図
示せず)にたいして回転振動させるように動作すること
ができる。さらに、信号線19に、センサの実際のディザ
運動と直接に関連する信号特性を有する信号「D
(t)」として示されているディザ基準信号を供給する
ために、圧電素子をスプリングに装着しても良い。
に応答して前述のようにディザバイアス、すなわち交番
バイアスを供給するディザメカニゼーション(図示せ
ず)を含む。たとえば、ブロック10は先に挙げた特許に
示すように回転振動されてもよい。圧電素子が装着され
ているディザスプリング(図示せず)は、ディザ駆動信
号14に応答して、スプリングをたわませ、ブロック12を
一般には慣性プラットフォームと呼ばれる取付け台(図
示せず)にたいして回転振動させるように動作すること
ができる。さらに、信号線19に、センサの実際のディザ
運動と直接に関連する信号特性を有する信号「D
(t)」として示されているディザ基準信号を供給する
ために、圧電素子をスプリングに装着しても良い。
上記の圧電出力信号「D(t)」は「ディザピックオ
フ信号」と呼ばれるときもある。信号「D(t)」は圧
電ピックオフにより駆動される出力回路に応じて回転角
度か、回転速度のいずれかであれば良いが、ここでは、
取付け台に対するセンサブロックの回転角度を指示して
いるのが好ましい。ディザ基準信号は、選択されるディ
ザ方式(すなわち、光学的か又は機械的か)に応じて様
々な方法によって得られる。
フ信号」と呼ばれるときもある。信号「D(t)」は圧
電ピックオフにより駆動される出力回路に応じて回転角
度か、回転速度のいずれかであれば良いが、ここでは、
取付け台に対するセンサブロックの回転角度を指示して
いるのが好ましい。ディザ基準信号は、選択されるディ
ザ方式(すなわち、光学的か又は機械的か)に応じて様
々な方法によって得られる。
Killpatrickに対し発行されされた米国特許第3,373,6
50号は、今日の回転ディザ方式リングレーザージャイロ
の多くが一般に採用している方式であるセンサブロック
の回転振動のためのディザメカニゼーションを説明して
いる。改良されたディザスプリングと駆動メカニゼーシ
ョンは、Ljung他に対し発行された米国特許第4,344,706
号に図示し且つ説明されている。この特許は、センサブ
ロックを回転振動させる、すなわち、ディザすることに
より起こるセンサの回転を表すディザ基準信号を得るた
めのメカニゼーションをさらに示す。さらに、Johnson
に対し発行された米国特許第4,445,779号はディザ駆動
信号と、対応するディザ基準信号を得るための手段とを
示している。
50号は、今日の回転ディザ方式リングレーザージャイロ
の多くが一般に採用している方式であるセンサブロック
の回転振動のためのディザメカニゼーションを説明して
いる。改良されたディザスプリングと駆動メカニゼーシ
ョンは、Ljung他に対し発行された米国特許第4,344,706
号に図示し且つ説明されている。この特許は、センサブ
ロックを回転振動させる、すなわち、ディザすることに
より起こるセンサの回転を表すディザ基準信号を得るた
めのメカニゼーションをさらに示す。さらに、Johnson
に対し発行された米国特許第4,445,779号はディザ駆動
信号と、対応するディザ基準信号を得るための手段とを
示している。
尚、図1に類似する線図はファラデーセル等を使用す
る電気光学交番バイアスシステムを説明するのに適して
いるであろうということに注意すべきである。
る電気光学交番バイアスシステムを説明するのに適して
いるであろうということに注意すべきである。
読出しアセンブリ11はレーザーブロック12に取付けら
れており、周知のように、逆方向に伝ぱんするレーザー
ビームの一部を組み合わせて干渉じまパターンを発生す
る手段を含む。読出しアセンブリ11は、互いに位相外
れ、一般には互いに直角位相の状態にある出力信号を信
号線13及び15に供給する1対の光検出器(図示せず)を
さらに含む。これらの信号は信号復号器20により処理さ
れ、信号復号器20はセンサ10の時計回りの回転を指示す
るパルスを信号線21に供給するか、あるいは反時計回り
の回転を指示するパルスを信号線23に供給する。これら
の後の方で述べたパルスアキュムレータ30に累積され、
パルスアキュムレータ30はセンサ10の回転角度を表す出
力信号Sを発生する。
れており、周知のように、逆方向に伝ぱんするレーザー
ビームの一部を組み合わせて干渉じまパターンを発生す
る手段を含む。読出しアセンブリ11は、互いに位相外
れ、一般には互いに直角位相の状態にある出力信号を信
号線13及び15に供給する1対の光検出器(図示せず)を
さらに含む。これらの信号は信号復号器20により処理さ
れ、信号復号器20はセンサ10の時計回りの回転を指示す
るパルスを信号線21に供給するか、あるいは反時計回り
の回転を指示するパルスを信号線23に供給する。これら
の後の方で述べたパルスアキュムレータ30に累積され、
パルスアキュムレータ30はセンサ10の回転角度を表す出
力信号Sを発生する。
あるいは、復号器20を回転角度の増分変化を指示する
出力パルスを供給するように構成し、別に方向信号指示
器を設けても良い。その場合、方向指示器の出力に従っ
て1つのカウンタを増分又は減分するように制御すれば
良い。次に、これらの信号を信号処理して、ジャイロの
角速度及び/又は角回転の情報を累積又は増分のいずれ
かの形態で得れば良い。
出力パルスを供給するように構成し、別に方向信号指示
器を設けても良い。その場合、方向指示器の出力に従っ
て1つのカウンタを増分又は減分するように制御すれば
良い。次に、これらの信号を信号処理して、ジャイロの
角速度及び/又は角回転の情報を累積又は増分のいずれ
かの形態で得れば良い。
ここでは、信号Sはセンサの出力、すなわち、ジャイ
ロから読取られた干渉じまから直接取出したセンサ10の
回転をデジタル表示しするものである。ただし、逆方向
に伝ぱんするレーザービームの機械的又は光学的なディ
ザは読取り用光検出器を通過するしまの数と速度直接の
影響を与え、従って、読取り信号Sに直接影響するとい
うことを理解しておくべきである。そのため、既に説明
したような何らかの方法でセンサをディザした場合に
は、信号Sはディザ信号成分を含んでいる。
ロから読取られた干渉じまから直接取出したセンサ10の
回転をデジタル表示しするものである。ただし、逆方向
に伝ぱんするレーザービームの機械的又は光学的なディ
ザは読取り用光検出器を通過するしまの数と速度直接の
影響を与え、従って、読取り信号Sに直接影響するとい
うことを理解しておくべきである。そのため、既に説明
したような何らかの方法でセンサをディザした場合に
は、信号Sはディザ信号成分を含んでいる。
以下の説明中、添え字「a」は回転の角度を指示する
ために使用され、添え字「r」は角速度を指示するため
に使用される。
ために使用され、添え字「r」は角速度を指示するため
に使用される。
本発明に従ったディザ信号成分ストリッパは図2に示
すようなブロック線図に示されている。図2は、図1に
示すようなジャイロブロック12を回転振動させるディザ
駆動システムのブロック線図をさらに詳細に示す。詳細
にいえば、ディザスプリング202はジャイロブロック12
に回転運動を与える。ディザスプリング202は圧電ドラ
イバ変換器204により機械的に駆動される。同時に、圧
電読取り変換器206は、取付け台に対するジャイロブロ
ック12の回転の角度のアナログ測定値を表すアナログ出
力信号Da(t)を供給する。今度は、ディザ基準信号Da
(t)は、圧電ドライバ204に制御入力を供給するドラ
イバ回路208にフィードバック入力として提供される。
前記のシステムはジャイロブロック12を取付け台に対し
てBrと表されている回転速度により振動させようとし、
同時に、取付け台は測定すべき慣性入力速度Irにより回
転される。
すようなブロック線図に示されている。図2は、図1に
示すようなジャイロブロック12を回転振動させるディザ
駆動システムのブロック線図をさらに詳細に示す。詳細
にいえば、ディザスプリング202はジャイロブロック12
に回転運動を与える。ディザスプリング202は圧電ドラ
イバ変換器204により機械的に駆動される。同時に、圧
電読取り変換器206は、取付け台に対するジャイロブロ
ック12の回転の角度のアナログ測定値を表すアナログ出
力信号Da(t)を供給する。今度は、ディザ基準信号Da
(t)は、圧電ドライバ204に制御入力を供給するドラ
イバ回路208にフィードバック入力として提供される。
前記のシステムはジャイロブロック12を取付け台に対し
てBrと表されている回転速度により振動させようとし、
同時に、取付け台は測定すべき慣性入力速度Irにより回
転される。
従って、ジャイロ読出し装置11は、読出し装置11から
信号線210へ、IrとBrの和、すなわち、ジャイロ10から
見た回転速度Grを表す出力信号を発生する。そこで、ジ
ャイロ読出し信号プロセッサ220は、以下にさらに詳細
に説明するように、最前のサンプル期間「n」の間のジ
ャイロ10の角回転速度又は回転角度を表す出力信号S
(n)を信号線222に供給する。
信号線210へ、IrとBrの和、すなわち、ジャイロ10から
見た回転速度Grを表す出力信号を発生する。そこで、ジ
ャイロ読出し信号プロセッサ220は、以下にさらに詳細
に説明するように、最前のサンプル期間「n」の間のジ
ャイロ10の角回転速度又は回転角度を表す出力信号S
(n)を信号線222に供給する。
信号線222は、信号S(n)から、信号プロセッサ250
により信号線255に供給される増分修正信号C(n)を
減じたものである出力信号Gc(n)を供給する回路手段
225に対する一方の入力として示されている。
により信号線255に供給される増分修正信号C(n)を
減じたものである出力信号Gc(n)を供給する回路手段
225に対する一方の入力として示されている。
本発明によれば、ディザ回転の角度を表すディザの基
準信号Da(t)は、圧電読出し変換器206により測定さ
れたディザ回転の瞬時速度を表すアナログ出力信号D
r(t)を信号線261に供給する微分回路手段260を通過
する。次に、アナログ信号Da(t)とDr(t)はサンプ
ル記憶手段262及び264によりそれぞれサンプリングされ
且つ記憶される。サンプル/記憶手段262は、同期クロ
ック270の制御の下にサンプル時間「n」における信号D
a(t)を表すデジタル信号Da(n)を供給する。同様
に、サンプル/記憶手段264は、同じく同期クロック270
の制御の下にサンプル時間「n」における信号Dr(t)
を表すデジタル信号Dr(n)を供給する。1例を挙げる
と、サンプル/記憶手段262及び264は、所期の機能を実
行するための単純なアナログサンプル及びホールド回路
及びデジタルサンプル及びホールド回路により構成され
ていても良い。
準信号Da(t)は、圧電読出し変換器206により測定さ
れたディザ回転の瞬時速度を表すアナログ出力信号D
r(t)を信号線261に供給する微分回路手段260を通過
する。次に、アナログ信号Da(t)とDr(t)はサンプ
ル記憶手段262及び264によりそれぞれサンプリングされ
且つ記憶される。サンプル/記憶手段262は、同期クロ
ック270の制御の下にサンプル時間「n」における信号D
a(t)を表すデジタル信号Da(n)を供給する。同様
に、サンプル/記憶手段264は、同じく同期クロック270
の制御の下にサンプル時間「n」における信号Dr(t)
を表すデジタル信号Dr(n)を供給する。1例を挙げる
と、サンプル/記憶手段262及び264は、所期の機能を実
行するための単純なアナログサンプル及びホールド回路
及びデジタルサンプル及びホールド回路により構成され
ていても良い。
信号Da(n)及びDr(n)は、少なくとも現在値D
a(n)及びDr(n)について動作して、以下に説明す
る方法により修正信号C(n)を取出す信号プロセッサ
250に供給される。
a(n)及びDr(n)について動作して、以下に説明す
る方法により修正信号C(n)を取出す信号プロセッサ
250に供給される。
ジャイロ出力回転速度Grは次のように表せるであろ
う: (1)Gr=Ir+Br 式中:Gr=慣性フレームに対するジャイロ回転速度出力 Ir=慣性フレームに対する取付け台の慣性回転速度 Br=取付け台に対するジャイロブロックのディザ回転速
度 式(1)を回転角度に関して次のように再配列し、書き
直すことができる: (2)Ia=Ga−Ba 式中、前述のように、添え字「r」は速度を示し、添え
字「a」は角度を示す。ブロックの真のディザ回転角度
Baを圧電読出しから得た測定ディザ角度の関数として表
しても良い: (3)Ba(t)=k1*Da(t)+k2*Dr(t) 式中、k1とk2はディザ基準信号を発生するための手段又
は測定技術の特性を表す。たとえば、k1とk2は、回転デ
ィザ方式ジャイロのPZTディザピックオフに関する圧電
素子特性を表していても良い。
う: (1)Gr=Ir+Br 式中:Gr=慣性フレームに対するジャイロ回転速度出力 Ir=慣性フレームに対する取付け台の慣性回転速度 Br=取付け台に対するジャイロブロックのディザ回転速
度 式(1)を回転角度に関して次のように再配列し、書き
直すことができる: (2)Ia=Ga−Ba 式中、前述のように、添え字「r」は速度を示し、添え
字「a」は角度を示す。ブロックの真のディザ回転角度
Baを圧電読出しから得た測定ディザ角度の関数として表
しても良い: (3)Ba(t)=k1*Da(t)+k2*Dr(t) 式中、k1とk2はディザ基準信号を発生するための手段又
は測定技術の特性を表す。たとえば、k1とk2は、回転デ
ィザ方式ジャイロのPZTディザピックオフに関する圧電
素子特性を表していても良い。
定数k1及びk2がわかっていると仮定した上で式(2)
及び(3)を使用すると、修正ジャイロ出力を次のよう
に表すことができる: (4)Gc(n)=S(n)−k1[(Da(n)−Da(n−
1)]−k2[(Dr(n)−Dr(n−1)] 式中、S(n)=n回目の計算間隔にわたるジャイロ読
出し出力変化から取出した増分ジャイロ回転変化 Gc(n)=n回目の計算間隔にわたるディザ成分を除去
した増分ジャイロ出力 Da(n)=n回目の計算間隔におけるブロックの取付け
台に対するディザ角度 Dr(n)=n回目の計算間隔におけるブロックの取付け
台に対するディザ角速度 k1,k2=ディザ基準信号測定技術の特性を表す係数 それらの係数は選択されても良いが、生データを使用
する校正により確定されても良い。たとえば、G
c(n),S(n),Da(n)及びDr(n)の観察された
測定値に基づいて最小2乗基準又はその他のアルゴリズ
ムを適用することにより、値k1及びk2の確定、すなわち
構成を得ても良い。k1及びk2を得るための最小2乗基準
の1例を数学的に次のように表しても良いであろう: 式中、「i」は慣性測定装置(2つ以上のジャイロ)の
i番目のジャイロであり、 Δαi=Da(n)−Da(n−1),及び Δi=Dr(n)−Dr(n−1), Δθi=S(n)−S(n−1),及び Δθd=慣性プラットフォームのディザにより誘起され
た運動。
及び(3)を使用すると、修正ジャイロ出力を次のよう
に表すことができる: (4)Gc(n)=S(n)−k1[(Da(n)−Da(n−
1)]−k2[(Dr(n)−Dr(n−1)] 式中、S(n)=n回目の計算間隔にわたるジャイロ読
出し出力変化から取出した増分ジャイロ回転変化 Gc(n)=n回目の計算間隔にわたるディザ成分を除去
した増分ジャイロ出力 Da(n)=n回目の計算間隔におけるブロックの取付け
台に対するディザ角度 Dr(n)=n回目の計算間隔におけるブロックの取付け
台に対するディザ角速度 k1,k2=ディザ基準信号測定技術の特性を表す係数 それらの係数は選択されても良いが、生データを使用
する校正により確定されても良い。たとえば、G
c(n),S(n),Da(n)及びDr(n)の観察された
測定値に基づいて最小2乗基準又はその他のアルゴリズ
ムを適用することにより、値k1及びk2の確定、すなわち
構成を得ても良い。k1及びk2を得るための最小2乗基準
の1例を数学的に次のように表しても良いであろう: 式中、「i」は慣性測定装置(2つ以上のジャイロ)の
i番目のジャイロであり、 Δαi=Da(n)−Da(n−1),及び Δi=Dr(n)−Dr(n−1), Δθi=S(n)−S(n−1),及び Δθd=慣性プラットフォームのディザにより誘起され
た運動。
慣性プラットフォームのディザにより誘起された運動
はベクトル式: Δθd=[J][Δα] から取出されても良い。ジャイロが3つの場合、マトリ
クス[J]は、慣性マトリクスのモーメントと呼ばれる
こともある、質量の総システム慣性分布を表す3×3の
定マトリクスであり、[Δα]は3つのジャイロのディ
ザ角度変化を表す3×1マトリクスから構成されるベク
トルである。
はベクトル式: Δθd=[J][Δα] から取出されても良い。ジャイロが3つの場合、マトリ
クス[J]は、慣性マトリクスのモーメントと呼ばれる
こともある、質量の総システム慣性分布を表す3×3の
定マトリクスであり、[Δα]は3つのジャイロのディ
ザ角度変化を表す3×1マトリクスから構成されるベク
トルである。
k1及びk2の値が予測通りにゆっくり変化すると仮定す
るならば、校正動作を慣性測定装置の3つのシステムジ
ャイロの間で多重化することができる。1つのジャイロ
を校正するのに1秒以下の校正時間が適切なはずであ
る。受付け台の慣性とジャイロの慣性との比が非常に大
きいために、ディザにより誘起される台の運動が無視で
きるほど小さいときには、(4)のΔθdを排除しても
良い。
るならば、校正動作を慣性測定装置の3つのシステムジ
ャイロの間で多重化することができる。1つのジャイロ
を校正するのに1秒以下の校正時間が適切なはずであ
る。受付け台の慣性とジャイロの慣性との比が非常に大
きいために、ディザにより誘起される台の運動が無視で
きるほど小さいときには、(4)のΔθdを排除しても
良い。
圧電校正係数k1及びk2はバックグラウンド,フォアグ
ラウンドのいずれで確定されても良い。フォアグラウン
ドで実行する場合、(4)の左側にあるマトリクスの要
素はゆっくり変化し、ディザの振幅と周波数のみの関数
であるということを利用することができる。従って、こ
れらの加算を、(4)の右側にある2つの加算と同じ時
間間隔にわたり実行する必要はない。そのため、1つの
ジャイロの校正のために要求される完全な1組の計算を
実行するのに2つ又はおそらく3つの段階を規定すれば
良いという点で、(4)を実行する際の効率を向上させ
ることができる。(4)の右側の2つの加算を、双方の
加算について同じセンサデータを使用して同時に実行す
るということのみが重要である。
ラウンドのいずれで確定されても良い。フォアグラウン
ドで実行する場合、(4)の左側にあるマトリクスの要
素はゆっくり変化し、ディザの振幅と周波数のみの関数
であるということを利用することができる。従って、こ
れらの加算を、(4)の右側にある2つの加算と同じ時
間間隔にわたり実行する必要はない。そのため、1つの
ジャイロの校正のために要求される完全な1組の計算を
実行するのに2つ又はおそらく3つの段階を規定すれば
良いという点で、(4)を実行する際の効率を向上させ
ることができる。(4)の右側の2つの加算を、双方の
加算について同じセンサデータを使用して同時に実行す
るということのみが重要である。
図3は、図2に示す実施例に類似する本発明の別の実
施例を示す。図3においては、圧電読出し変換器206の
出力は、まず、アナログ/デジタル(A/D)変換器307に
供給される。次に、A/D変換器307の出力はサンプル/記
憶手段310と、回路手段315の一方の入力端子とに入力し
て供給され、この回路手段315の他方の入力はサンプル
/記憶手段310の出力である。次に、回路手段315のディ
ザは第2のサンプル/記憶手段325に供給される。回路
手段315と、サンプル及び記憶手段325の出力は信号プロ
セッサ350に供給される。
施例を示す。図3においては、圧電読出し変換器206の
出力は、まず、アナログ/デジタル(A/D)変換器307に
供給される。次に、A/D変換器307の出力はサンプル/記
憶手段310と、回路手段315の一方の入力端子とに入力し
て供給され、この回路手段315の他方の入力はサンプル
/記憶手段310の出力である。次に、回路手段315のディ
ザは第2のサンプル/記憶手段325に供給される。回路
手段315と、サンプル及び記憶手段325の出力は信号プロ
セッサ350に供給される。
図2と同様に、同期クロック手段270は変換器307と、
サンプル/記憶手段310及び325と、信号プロセッサ350
とにクロック信号を供給する。従って、回路手段315の
出力は1つのクロック周期の間の測定されたディザ角度
の変化を表している: (6)Δαn=Da(n)−Da(n−1) そこで、サンプル/記憶手段325の出力は先行のクロッ
クサイクルにおけるΔαnの結果、すなわちΔαn-1とな
る。
サンプル/記憶手段310及び325と、信号プロセッサ350
とにクロック信号を供給する。従って、回路手段315の
出力は1つのクロック周期の間の測定されたディザ角度
の変化を表している: (6)Δαn=Da(n)−Da(n−1) そこで、サンプル/記憶手段325の出力は先行のクロッ
クサイクルにおけるΔαnの結果、すなわちΔαn-1とな
る。
図3に示す本発明の実施例はディザ速度の値について
近似を採用する。そのため、図2に示すような積分器又
は微分器は不要である。図3においては、ディザ信号成
分ストリッパはデジタル方式で取出されたΔを利用す
る。真に正弦形状のディザの場合、Δは近似なしに、 (7)Δn=aΔαn+bΔαn-1 の形態を取る重みつき和により与えられる。
近似を採用する。そのため、図2に示すような積分器又
は微分器は不要である。図3においては、ディザ信号成
分ストリッパはデジタル方式で取出されたΔを利用す
る。真に正弦形状のディザの場合、Δは近似なしに、 (7)Δn=aΔαn+bΔαn-1 の形態を取る重みつき和により与えられる。
式中、a及びbは正弦ディザ駆動信号の周波数Ωと、計
算期間の持続時間ΔTとにより次のようにして規定され
る定数である: a及びbの定義によれば、ΩΔTがπの倍数でない限
り、(7)により規定される関係は有効である。すなわ
ち、サンプリング周波数1/ΔTは正弦信号の周波数Ωの
2倍より大きくなけばならないのである。
算期間の持続時間ΔTとにより次のようにして規定され
る定数である: a及びbの定義によれば、ΩΔTがπの倍数でない限
り、(7)により規定される関係は有効である。すなわ
ち、サンプリング周波数1/ΔTは正弦信号の周波数Ωの
2倍より大きくなけばならないのである。
(7)により与えられる形が(4)によおり規定され
るディザ除去の式における項Δnを規定するとすれ
ば、式(4)を使用して式(7)の次のような代替形態
が得られるであろう: 式中、M1=k1+k2a M2=k2b デジタル方式で取出されたΔnを利用するディザス
トリッパの実現は図3に示す通りである。ディザ成分は
(8)により規定される修正を適用することにより除去
される。圧電係数M1及びM2は、 により規定される最小2乗当てはめ校正手順によって確
定されても良い。
るディザ除去の式における項Δnを規定するとすれ
ば、式(4)を使用して式(7)の次のような代替形態
が得られるであろう: 式中、M1=k1+k2a M2=k2b デジタル方式で取出されたΔnを利用するディザス
トリッパの実現は図3に示す通りである。ディザ成分は
(8)により規定される修正を適用することにより除去
される。圧電係数M1及びM2は、 により規定される最小2乗当てはめ校正手順によって確
定されても良い。
先に述べたように、ジャイロの慣性と取付け台の慣性
との比がごく小さいためにディザにより誘起される台の
運動が非常に小さいときには、圧電最小2乗校正手順に
おける項Δθdを無視しても安全であろう。
との比がごく小さいためにディザにより誘起される台の
運動が非常に小さいときには、圧電最小2乗校正手順に
おける項Δθdを無視しても安全であろう。
(8)により規定する圧電校正式はバックグラウンド
方式又はフォアグラウンド方式のいずれかに適合する。
バックグラウンドで実行する場合、1組のθとΔαをジ
ャイロのデータ入力速度で回収し、約1秒以下の時間周
期にわたり記憶する。次に、バックグラウンドで、規定
された加算を記憶データを使用して実行し、 (9)を反転することにより係数M1及びM2を計算する。
フォアグラウンドで実行するときには、1秒以下の時間
周期にわたり加算 及びΣΔαiΔαi-1をジャイロのデータ入力周波数で実
時間で実行する。次に、第1組の加算を実行したときに
使用したのと等しい続く時間間隔にわたり、加算ΣΔθ
iΔαi及びΣΔθiΔαi-1を実行する。最後に、まず、
(9)において を設定し、次に、反転してM1及びM2を得ることにより、
圧電係数を求める。バックグラウンド圧電校正方式と、
フォアグラウンド圧電校正方式は、共に、一度に1つの
ジャイロに適用されるべきものである。
方式又はフォアグラウンド方式のいずれかに適合する。
バックグラウンドで実行する場合、1組のθとΔαをジ
ャイロのデータ入力速度で回収し、約1秒以下の時間周
期にわたり記憶する。次に、バックグラウンドで、規定
された加算を記憶データを使用して実行し、 (9)を反転することにより係数M1及びM2を計算する。
フォアグラウンドで実行するときには、1秒以下の時間
周期にわたり加算 及びΣΔαiΔαi-1をジャイロのデータ入力周波数で実
時間で実行する。次に、第1組の加算を実行したときに
使用したのと等しい続く時間間隔にわたり、加算ΣΔθ
iΔαi及びΣΔθiΔαi-1を実行する。最後に、まず、
(9)において を設定し、次に、反転してM1及びM2を得ることにより、
圧電係数を求める。バックグラウンド圧電校正方式と、
フォアグラウンド圧電校正方式は、共に、一度に1つの
ジャイロに適用されるべきものである。
圧電電子回路及びその読取り用電子回路における時間
遅延が無視できるほど小さいとわかっている場合には、
(6)により規定されるディザ除去の式は に縮小し、また、圧電校正係数Mは単純化した最小2乗
当てはめ式: により確定される。
遅延が無視できるほど小さいとわかっている場合には、
(6)により規定されるディザ除去の式は に縮小し、また、圧電校正係数Mは単純化した最小2乗
当てはめ式: により確定される。
式(4)又は式(8)に示す圧電特性定数に関する解
におけるディザ誘起項Δθd(i)は、2つ以上の回転
振動方式、すなわち回転ディザ方式のジャイロが共通の
取付け台に取付けられている場合に特に重要である。こ
れは、1つのジャイロの振動運動が別のジャイロへの入
力として交さするからである。項Δθd(i)は、i番
目のジャイロに対する影響として、他の何らかのディザ
方式ジャイロから結合してくる運動を考慮に入れる。項
Δθd(i)は慣性システムマトリクス「J」のモーメ
ントと、ディザ角度出力の増分変化との関数として表さ
れても良い。
におけるディザ誘起項Δθd(i)は、2つ以上の回転
振動方式、すなわち回転ディザ方式のジャイロが共通の
取付け台に取付けられている場合に特に重要である。こ
れは、1つのジャイロの振動運動が別のジャイロへの入
力として交さするからである。項Δθd(i)は、i番
目のジャイロに対する影響として、他の何らかのディザ
方式ジャイロから結合してくる運動を考慮に入れる。項
Δθd(i)は慣性システムマトリクス「J」のモーメ
ントと、ディザ角度出力の増分変化との関数として表さ
れても良い。
このように、圧電特性係数は慣性測定装置の他のシス
テムジャイロの影響を含むように校正されても良い。
テムジャイロの影響を含むように校正されても良い。
本発明に従ったディザストリッパ方式の実現は、ハー
ドウェア及び要求されるコンピュータスループットに関
して、コスト面できわめて有効である。各ジャイロ入力
データ間隔の間に2回の乗算と、2回の加算とを実行す
るだけで良く、バックグラウンド又はフォアグラウンド
における単純な一連の計算がジャイロの読出し圧電利得
を校正する働きをする。フォアグラウンドの圧電校正方
式は、圧電校正をバックグラウンドで実行するときのよ
うにセンサデータを記憶するためにコンピュータメモリ
を割り当てる必要がないという理由により、おそらくは
好ましい方式であろう。この方式はディザにより誘起さ
れる台の運動に簡単且つ自然に備えるという点でも有用
であり、さらに、元来単純であることに加えて、ジャイ
ロのデータ入力周波数とディザ周波数との比の広範囲に
わたる値に対応しうる高度の融通性を示すと共に、圧電
装置及びその電子回路における限定された時間遅延を容
易に考慮することができる。
ドウェア及び要求されるコンピュータスループットに関
して、コスト面できわめて有効である。各ジャイロ入力
データ間隔の間に2回の乗算と、2回の加算とを実行す
るだけで良く、バックグラウンド又はフォアグラウンド
における単純な一連の計算がジャイロの読出し圧電利得
を校正する働きをする。フォアグラウンドの圧電校正方
式は、圧電校正をバックグラウンドで実行するときのよ
うにセンサデータを記憶するためにコンピュータメモリ
を割り当てる必要がないという理由により、おそらくは
好ましい方式であろう。この方式はディザにより誘起さ
れる台の運動に簡単且つ自然に備えるという点でも有用
であり、さらに、元来単純であることに加えて、ジャイ
ロのデータ入力周波数とディザ周波数との比の広範囲に
わたる値に対応しうる高度の融通性を示すと共に、圧電
装置及びその電子回路における限定された時間遅延を容
易に考慮することができる。
図2又は図3に示す線図のブロックの多くを信号プロ
セッサ250又は350においてそれぞれ組み合わせても良い
ことを当業者は認識すべきである。当業者により理解さ
れるべきであるように、本発明に従って数学的計算を実
行するために、信号プロセッサ250及び350はどのような
種類のものであっても良い。
セッサ250又は350においてそれぞれ組み合わせても良い
ことを当業者は認識すべきである。当業者により理解さ
れるべきであるように、本発明に従って数学的計算を実
行するために、信号プロセッサ250及び350はどのような
種類のものであっても良い。
このように、ここ開示したものを越える回路及びアル
ゴリズムにより、本発明の真の趣旨から逸脱することな
く本発明を実施しうることを当業者は認識すべきであ
る。詳細には、ここに示した最小2乗当てはめアルゴリ
ズム以外に、圧電係数を計算するための数学的アルゴリ
ズムは多種多様にある。さらに、圧電読出し変換器から
取出された必要なデータを得るための回路の構成にも、
添付の図面に示すものを越える様々なものがある。
ゴリズムにより、本発明の真の趣旨から逸脱することな
く本発明を実施しうることを当業者は認識すべきであ
る。詳細には、ここに示した最小2乗当てはめアルゴリ
ズム以外に、圧電係数を計算するための数学的アルゴリ
ズムは多種多様にある。さらに、圧電読出し変換器から
取出された必要なデータを得るための回路の構成にも、
添付の図面に示すものを越える様々なものがある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−25480(JP,A) 特開 昭61−40508(JP,A) 特開 昭59−5684(JP,A) 特表 昭62−502916(JP,A) 特表 平2−501874(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 19/00 - 19/72 H01S 3/083
Claims (6)
- 【請求項1】センサの回転に関連する周波数をそれぞれ
が有し、閉ループ経路に沿って逆方向に伝ぱんする1対
の波を支持する支持手段と; 前記1対の波の周波数をディザするために前記支持手段
を取付け台に対して回転振動させる手段と; 前記支持手段の前記ディザに関連するディザ基準信号測
定値を発生する手段と 前記ディザ基準信号に応答して、前記支持手段の前記取
付け台に対するディザ角度Da及びディザ角速度Drを表す
情報を取出す手段と; 前記ディザ角度及びディザ角速度の情報について動作し
て、ディザ基準信号手段の特性を表す定数をk1,k2とす
るとき、関数: C=K1*Da+k2*Dr にほぼ従って修正信号を供給する信号処理手段と; 前記波に応答して、前記支持手段の前記取付け台に対す
る前記ディザに起因するディザ信号成分を含み、前記セ
ンサの慣性基準フレームに対する回転を指示する読出し
信号を発生する読出し手段と; 前記ディザ修正を前記読出し信号から減じて、ディザ信
号成分を実質的に含まない修正ジャイロ出力信号を供給
する手段とを具備するディザ方式角速度センサ。 - 【請求項2】前記ディザ基準信号から、第1のクロック
信号サンプル期間中の前記ディザ角度の変化を表す第1
の増分値を取出す手段と; 前記ディザ基準信号から、前記第1のクロック信号サン
プル期間中の前記ディザ角速度の変化を表す第2の増分
値を取出す手段とをさらに具備し、 Daは前記第1の増分値であり、Drは前記第2の増分値で
ある請求項1記載のセンサ。 - 【請求項3】センサの回転に関連する周波数をそれぞれ
が有し、閉ループ経路に沿って逆方向に伝ぱんする1対
の波を支持する支持手段と; 前記1対の波の周波数をディザするために前記支持手段
を取付け台に対して回転振動させる手段と; 前記支持手段の前記ディザに関連するディザ基準信号測
定値を発生する手段と 前記ディザ基準信号に応答して、前記支持手段の前記取
付け台に対するディザ角度及びディザ角速度を表す情報
を取出す手段と; 前記波に応答して、前記ディザに起因するディザ信号成
分を含み、前記センサの回転を指示する読出し信号を発
生する読出し手段と; 前記ディザ角度及びディザ角速度の情報について動作し
て、n回目及び(n−1)回目のクロックサイクルにお
けるブロックの取付け台に対するディザ角度をそれぞれ
Da(n),Da(n−1)とし、n回目及び(n−1)回
目のクロックサイクルにおけるブロックの取付け台に対
するディザ角速度をそれぞれDr(n),Dr(n−1)と
し、ディザ基準信号手段の特性を表す定数をk1,k2とし
且つ前記ジャイロ出力信号における増分誤差をC(n)
とするとき、関数: C(n)=k1[Da(n)−Da(n−1)]+k2[D
r(n)−Dr(n−1)] にほぼ従って修正信号を供給する信号処理手段と; 前記ディザ修正信号と前記読出し信号とを組み合わせ
て、ディザ信号成分を実質的に含まず、n回目のクロッ
クサイクル時間間隔にわたる前記ジャイロ読出し手段の
出力信号の変化から取出した増分ジャイロ回転変化をS
(n)とし且つn回目のクロックサイクルの後に前記デ
ィザ成分を除去したn回目のクロックサイクル時間間隔
にわたるジャイロ出力変化をGc(n)とするとき、 Gc(n)=S(n)−C(n) によりほぼ表される修正ジャイロ出力信号を供給する手
段とを具備するディザ方式角速度センサ。 - 【請求項4】前記ディザ基準信号を時間微分し、それを
表す出力信号を供給する手段と 前記ディザ角度を表す前記ディザ基準信号の値をサンプ
リングすると共に記憶し、且つ前記クロック信号の時点
で発生する前記ディザ角速度を表す前記微分手段の出力
信号の値をサンプリングすると共に記憶し、それによ
り、現在クロックサイクルサンプル時間を「n」とする
とき、Da(n)及びDr(n)の前記値をそれぞれ供給す
る手段とをさらに具備する請求項3記載のセンサ。 - 【請求項5】センサの回転に関連する周波数をそれぞれ
が有し、閉ループ経路に沿って逆方向に伝ぱんする1対
の波を支持する支持手段と; 前記1対の波の周波数をディザするために、前記支持手
段を取付け台に対して回転ディザする手段と; 前記支持手段の前記ディザに関連するディザ基準信号測
定値を発生する手段と 前記ディザ基準信号に応答して、前記ディザ基準信号を
表す第1のデジタル信号を供給するアナログ/デジタル
変換手段と; クロック信号に従って前記第1のデジタル信号をサンプ
リングする手段と; 前記クロック信号のn回目の間隔の間の前記第1のデジ
タル信号の増分サンプル変化を確定する手段と; 前記波に応答して、前記ディザに起因するディザ信号成
分を含み、前記センサの回転を指示する読出し信号を発
生する読出し手段と; 前記増分サンプル変化の前記増分変化と、前記増分サン
プル変化の少なくとも1つの過去の値とに応答して、前
記n回目の間隔の間の前記第1のデジタル信号の前記増
分サンプル変化をΔαnとし、(n−1)回目の間隔の
間の前記第1のデジタル信号の前記増分変化をΔαn-1
とし且つディザ基準信号手段の特性を表す定数をM1,M2
とするとき、 C(n)=M1Δαn−M2Δαn-1 により数学的に表されるような前記修正信号を確定する
信号処理手段と; 前記ディザ修正と前記読出し信号とを組み合わせて、デ
ィザ信号成分を実質的に含まない修正ジャイロ出力信号
を供給する手段とを具備するディザ方式角速度センサ。 - 【請求項6】前記ジャイロ読出し出力信号と、複数のサ
ンプル時間において起こるDa及びDrの対応する値とに応
答して、前記係数k1及びk2を実験的に確定する手段をさ
らに具備する請求項1記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US430,215 | 1989-11-01 | ||
| US07/430,215 US5048963A (en) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | Dither signal remover for a dithered ring laser gyro |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05501306A JPH05501306A (ja) | 1993-03-11 |
| JP2884263B2 true JP2884263B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=23706565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2515626A Expired - Fee Related JP2884263B2 (ja) | 1989-11-01 | 1990-10-22 | ディザ方式リングレーザージャイロのディザ信号除去装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5048963A (ja) |
| EP (1) | EP0498842B1 (ja) |
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