JPH0472512A - 光学ジャイロ用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、光学ジャイロ用信号処理装置に係わり、より
詳細には、回転軸と共動する光伝搬路、例えば光ファイ
バ、に一定の波長の光を時計回り方向と反時計回り方向
に同時に伝搬させ且つ位相変調し、サニヤック（Ｓａｇ
ｎａｃ）効果に基づく光の位相差を検出して回転角速度
に比例した信号を得るようにした光学ジャイロのための
信号処理装置に関する。

〔従来の技術〕

第７図には従来の位相変調を付加した光フアイバジャイ
ロの構成が一部模式的に示される。

図中、１は光源、２ａ、２ｂは光分配結合器、３は偏光
子、４は位相変調器、５は回転軸に垂直に巻かれた偏波
面保存単一モード光ファイバで形成されている光伝搬路
、６は光電変換回路、２０１はバンドパスフィルタ、２
０３はアナログ乗算器、２０４は発振器、２０５は方形
波変換回路、２０８はローパスフィルタ、７は光電変換
出力信号、８は位相変調器駆動信号、２０２．２０６お
よび２０７は各回路の出力信号、そして２０９はジャイ
ロ出力信号を示す。

また、Ｐは信号処理回路を示す。

第７図の構成において、光源ｌから出射された第１の光
ビームは、第１の光分配結合器２ａに入射し、２分され
て第２、第３の光ビームとなる。第２の光ビームは実線
矢印方向に進み、偏光子３に入射する。偏光子３に入射
した第２の光ビームは、一定の偏波のみが透過し、第２
の光分配結合器２ｂに入射する。第２の光分配結合器に
入射した第２の光ビームは、２分されて第４、第５の光
ビームとなる。第４の光ビームは破線矢印方向に進み、
位相変調器４に入射し、Φ、・５ｉｎ（ωａｔ）の位相
変調を受ける。ここで、Φ、は最大位相偏移、ω。

は位相変調器駆動角周波数を示す。位相変調を受けた第
４の光ビームは、光伝搬路５を反時計回り方向に伝搬し
た後、第２の光分配結合器２ｂに再入射する。第５の光
ビームは、第２の光分配結合器２ｂから一点鎖線矢印方
向に伝搬し、光伝搬路５を時計回り方向に伝搬した後、
位相変調器４に入射してΦ、・５ｉｎ（ω、１）の位相
変調を受けた後、第２の光分配結合器２ｂに再入射する
。第２の光分配結合器に入射した第４、第５の光ビーム
は、再結合されて第６の光ビームとなる。第６の光ビー
ムは偏光子３に入射し、一定偏波成分のみが透過し、第
１の光分配結合器２ａに入射する。第１の光分配結合器
２ａに入射した第６の光ビームは、２分されて第７、第
８の光ビームとなり、このうち第８の光ビームは光電変
換回路６に入射される。

光電変換回路６の出力信号である光電変換出力信号７は
、バンドパスフィルタ２０１に入力され、位相変調器駆
動信号８と同一角周波数のω１１分が透過される。また
、発振器２０４から出力される位相変調器駆動信号８は
、方形波変換回路２０５に入力され、周波数および位相
の同期した方形波に変換される。

バンドパスフィルタ２０１の出力信号２０２と方形波変
換回路２０５の出力信号２０６は、共にアナログ乗算器
２０３に入力される。アナログ乗算器２０３の出力信号
２０７は、ローパスフィルタ２０８に入力されてＤＣ成
分のみが透過され、ジャイロ出力信号２０９となる。ジ
ャイロ出力信号２０９は、次式で表される。

Ｖｏ　ｏｃ　　（２／ｚ）Ｐｏ　ｓｉｎφｓ　・Ｊ＋（
η）ｓｉｎψ。

＋Ｕ、＋Ｕ、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１）ここで、■。はジャイロ出力信号、Ｐｏは光
電変換回路に入射する時計回り方向または反時計回り方
向の光の非干渉光光量、φ、はサニヤック効果による光
の位相差（＝４πＲＬΩ／λＣ）、Ｒは光伝搬路半径、
Ｌは光ファイバ長、Ωは入力回転角速度、λは真空中に
おける光の波長、Ｃは真空中における光速、Ｊ、は１次
ベッセル関数、ηは位相変調度、ψ。はバンドパスフィ
ルタ出力信号と方形波変換回路出力信号との間の位相差
、Ｕｌはアナログ乗算器のオフセット電圧、そしてＵ２
はローパスフィルタのオフセット電圧を示す。

［発明が解決しようとする課！！］ 上述した従来の光フアイバジャイロ用信号処理回路Ｐに
おいては、ジャイロ出力信号２０９は、オフセット電圧
Ｕ　、Ｕ　ｚが零の場合でもｓｉｎφ、に比例している
。そのため、入力回転角速度Ωに対するリニアリティが
悪く、また、検出可能な入力回転角速度が、サニヤック
効果による位相差φＳで±π／２　［ｒａｄｌ　に相当
する範囲に制限されるという問題点があった。

また、ジャイロ出力信号２０９が、光電変換回路に入射
する光の非干渉光光量Ｐ０の変動、位相変調器４に起因
する位相変調度ηの変動および位相差ψ。の変動により
、リニアリティならびにスケールファクタ安定性の劣化
を生じ易い、という問題点もあった。

さらに、入力回転角速度が零、つまりサニヤック効果に
よる位相差φ、が零、の場合でも、オフセット電圧Ｕ　
ｒ　、　Ｕ　ｔの変動により、バイアス安定性が劣化し
易いという問題点もあった。

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑み創作さ
れたもので、ジャイロ出力信号を入力回転角速度に正確
に比例した出力とし、ジャイロのバイアス変動を極小に
なし得ると共に、リニアリティおよびスケールファクタ
安定性を高め、さらにジャイロの最大検出角速度範囲の
制限を無くすことができる光学ジャイロ用信号処理装置
を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図の原理ブロック図に示されるように、本発明によ
れば、回転軸と共動する光伝搬路に光を時計回り方向と
反時計回り方向に同時に伝搬させ且つ位相変調し、両方
向に伝播した光の干渉光の強度からサニヤック効果によ
る光の位相差を検出して回転角速度に比例した光電変換
出力信号７を得るようにした光学ジャイロの信号処理を
行う装置であって、 位相変調器駆動信号８に周波数と位相が同期したアナロ
グおよびデジタルの参照信号１０−１３に応答し、前記
光電変換出力信号から該位相変調器駆動信号の周波数ｆ
ｍと同し周波数、２倍の周波数２ｆｍおよび４倍の周波
数４ｆｍの信号成分を取り出してそれぞれ周波数Δｆｍ
の信号に変換し、それぞれ第１、第２および第３のアナ
ログ信号１５〜１７を出力すると共に、前記アナログの
参照信号を周波数Δｆｍの信号に変換して第４のアナロ
グ信号１４を出力する周波数混合回路９８〜９ｄと、前
記第４のアナログ信号に位相が同期した第２のデジタル
信号３７に応答して前記第１〜第３のアナログ信号を第
１のデジタル信号１９に変換するアナログ／デジタル（
Ａ／Ｄ）コンバータ１８と、前記第２のデジタル信号を
出力すると共に前記第４のアナログ信号に位相が同期し
た第３のデジタル信号２２を発生し、該第３のデジタル
信号に位相が同期し且つ互いに９０°位相のずれた第４
および第５のデジタル信号２４．２５を形成し、前記第
１のデジタル信号との間でデジタル的に乗算を行ってそ
れぞれ直流成分を除去し、第６および第７のデジタル信
号２６．２７を出力するデジタル・デモジュレート手段
２０ａ〜２０ｄ、２１．２３　と、前記第６および第７
のデジタル信号に基づき前記光電変換出力信号のｆｍと
２ｆｍ、または４ｆｍの周波数に対応する信号成分の符
号から前記サニヤック効果による光の位相差の存在象限
を判別し、第８および第９のデジタル信号２９ａ　、　
２９ｂを出力する象限判別手段２８と、 前記第６および第７のデジタル信号に基づき前記光電変
換出力信号の２ｆｍと４ｆｍの周波数に対応する信号成
分の振幅比から現在の位相変調度に対応した第１０のデ
ジタル信号３２を出力する位相変調度演算手段３１と、 前記第６〜第１０のデジタル信号に基づいて前記回転角
速度に比例した第１１のデジタル信号３３を出力する回
転角速度演算手段３０と、 を具備してなる光学ジャイロ用信号処理装置が提供され
る。

〔作用〕

上述した構成によれば、周波数混合回路で光電変換出力
信号のｆｍ、２ｆｍおよび４ｆｍの周波数成分を周波数
Δｆｍの信号に変換し、Ａ／Ｄコンバータで第１のデジ
タル信号に変換し、位相変調器駆動信号に位相が同期し
且つ互いに９０°位相のずれた第４および第５のデジタ
ル信号と第１のデジタル信号との間でデジタル的にデモ
シュレートし、光電交換出力信号のｆｍと２ｆｍ（また
は４ｆｍ）の周波数成分の符号から象限判別手段でサニ
ヤック効果による光の位相差の象限を判別し、光電変調
出力信号の２ｆｍと４ｆｍの周波数成分の振幅比から位
相変調度演算手段で現在の位相変調度に対応した係数を
演算し、この係数と上記の象限と光電変調出力信号のｆ
ｍと２ｆｍの周波数成分の振幅比から、回転角速度演算
手段で入力回転角速度に比例した信号を出力する。

これにより、ジャイロ出力信号を入力回転角速度に比例
した出力とし、最大検出角速度範囲の制限を無くすと共
に、光量変動、位相変調度の変動および光電変換出力信
号と位相変調器駆動信号間の位相変動の影響を除去し、
オフセット電圧の発生を無くすことが可能となる。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細につ
いては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例
を用いて説明する。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例について第１図を参照しながら
説明する。

本実施例の信号処理装置は、例えば第７図に示される光
フアイバジャイロの信号処理回路Ｐに置き換えて適用さ
れ、第１〜第４のへ、テロダインミキサ９ａ〜９ｄと、
Ａ／Ｄコンバータ１８と、タイミングパルス発生手段２
１と、余弦／正弦信号（ｃｏｓ／５ｉｎ）発生手段２３
と、第１および第２のデジタル乗算手段２０ａ、２０ｂ
と、第１および第２のデジタルフィルタ２０ｃ、　２０
ｄと、象限判別手段２８と、回転角速度演算手段３０と
、位相変調度演算手段３１と、参照信号発生回路３５と
が図示のように接続されて構成されている。

以下、各構成要素の機能（動作）について説明する。

まず、参照信号発生回路３５は、位相変調器駆動信号（
第６のアナログ信号）８を出力すると共に、該アナログ
信号８に周波数と位相が同期した周波数ｆｍの第５のア
ナログ信号１０、第１２のデジタル信号１１、第１３の
デジタル信号１２、および第１４のデジタル信号１３を
出力してそれぞれ第４のヘテロダインミキサ９ｄ、第１
および第４のヘテロダインミーｔ−９９ａ、９ｄ　、第
２のヘテロダインミキサ９ｂ、および第３のヘテロダイ
ンミキサ９Ｃに供給する。また、位相変調された充電変
換出力信号７は、第１〜第３のヘテロダインミキサ９ａ
〜９Ｃに入力される。

第１のヘテロダインミキサ９ａでは、第１２のデジタル
信号１１に応答して、光電変換出力信号７から位相変調
器駆動信号８の周波数ｆｍと同一周波数成分を取り出し
、周波数Δｆｍの信号に変換して第１のアナログ信号１
５を出力する。この第１のアナログ信号１５は、次式で
表される。

〈第１のアナログ信号〉 Ｌ　（Ｘ：２Ｐ６　ｓｉｎφｓ・Ｊ＋（η）Ｘｓｉｎ（
Δω、１＋ψＩ）・・・・・・・・・（２）ここで、Δ
ω、は位相変調器駆動角周波数の変化分（＝２πΔｆｍ
）、ψ、は光電変換出力信号７のｆｍ成分と（ｆｍ＋Δ
ｆｍ）の周波数をもつ第１２のデジタル信号１１との位
相差を示す。

第２のヘテロダインミキサ９ｂでは、第１３のデジタル
信号１２に応答して、光電変換出力信号７から周波数２
ｆｍ成分を取出し、周波数Δｆｍの信号に変換して第２
のアナログ信号１６を出力する。この第２のアナログ信
号１６は、次式で表されるゆく第２のアナログ信号〉 Ｖ！　ＣＣ２ｐＨｃｏｓφ−・Ｊｚ（η）Ｘｓｉｎ（Δ
ω、ｔ＋φ２）・・・・・・・・・（３）ここで、ψ２
は光電変換出力信号７の２ｆｍ成分と（２ｆｍ＋Δｆｍ
）の周波数をもつ第１３のデジタル信号１２との位相差
を示す。

第３のヘテロダインミキサ９ｃでは、第１４のデジタル
信号１３に応答して、光電変換出力信号７から周波数４
ｆｍ成分を取出し、周波数Δｆｍの信号に変換して第３
のアナログ信号１７を出力する。この第３のアナログ信
号１７は、次式で表される。

〈第３のアナログ信号〉 Ｖ３　ＣＣ２Ｐ、　ｃｏｓφ、−Ｊ、（η）Ｘｓｉｎ（
Δω、Ｌ÷ψ３）・・・・・・・・・（４）ここで、ψ
、は光電変換出力信号７の４ｆｍ成分と（４ｆｍ＋Δｆ
ｍ）の周波数をもつ第１４のデジタル信号１３との位相
差を示す。

第１〜第３のアナログ信号１５〜１７は、Ａ／Ｄコンバ
ータ１８に人力され、第１のデジタル信号１９に変換さ
れる。この第１のデジタル信号１９は例えば２進数等で
表されるデジタル信号である。

第４のヘテロダインミキサ９ｄでは、第１２のデジタル
信号１１に応答して、第５のアナログ信号１０を周波数
Δｒ、の信号に変換して第４のアナログ信号１４を出力
する。この第４のアナログ信号１４は、次式で表される
。

く第４のアナログ信号〉 ■４ｏｃｓｉｎ（Δω、ｔ＋ψＲＥＦ）　−−−−（５
）ここで、φ１Ｆは第５のアナログ信号１ｏと第１２の
デジタル信号１１との位相差を示す。

この第４のアナログ信号１４は、タイミングパルス発生
手段２１に入力され、該信号１４に位相が同期した第２
および第３のデジタル信号３７．２２に変換される。こ
のうち、第２のデジタル信号３７はＡ／Ｄコンバータ１
８に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１８は、このデジタ
ル信号３７に同期して、第１〜第３のアナログ信号１５
〜１７を第１のデジタル信号１９に変換する。また、第
３のデジタル信号２２はｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段２３に
入力される。

ｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段２３は、第３のデジタル信号２
２に位相同期して、該信号２２の１周期内を所定時間間
隔をおいて区切り、その時間位置に対応し且つ互いに９
０°位相のずれた余弦（ｃｏｓｉｎｅ）および正弦（ｓ
ｉｎｅ）の値を、それぞれ第４および第５のデジタル信
号２４．２５として出力する。第４および第５のデジタ
ル信号２４．２５は、次式で表される。

く第４のデジタル信号（２４）　＞ Ｖ　Ｒ１！Ｆ、　ｃｏｓｃｃＣＯ５（Δω、１±ψＩＩ
Ｆ）・・・・・・（６）〈第５のデジタル信号（２５）
　＞ ■＋１１１！Ｆ＋　ｓｉａ　ｃＣＳｌｎ（Δω、ｔ＋ψ
ｔｔｙ）　−−（７）第４のデジタル信号２４は、第１
のデジタル信号１９と共に第１のデジタル乗算手段２０
ａに入力され、デジタル的に乗算された後、第１のデジ
タルフィルタ２０ｃを通して直流（ＤＣ）成分が除去さ
れ、第６のデジタル信号２６として出力される。この第
６のデジタル信号２６の第１〜第３のアナログ信号１５
〜１７に対応する各信号は、次式で表される。

〈第１のアナログ信号（１５）に対応する第６のデジタ
ル信号〉 ■　Ｉ＋　　Ｃｏｔ　　”　　　Ｐ　ＯＳｉｎ　　φ　
、　・　Ｊ、（η　）Ｘｓｉｎ（ψ１゛）・・・・・・
・・・・・・・・・（８）〈第２のアナログ信号（１６
）に対応する第６のデジタル信号〉 ■２＋　ｃｏｓ　”　Ｐｏ　ｃｏｓφＳ’Ｊ２（７７）
Ｘｓｉｎ（ψ２”）・・−・・・・・・・・・・・・（
９）〈第３のアナログ信号（１７）に対応する第６のデ
ジタル信号〉 Ｖ　３１　ｃｏｓ　”　Ｐｏ　ＣＯ３−，Ｊａ（η）Ｘ
ｓｉｎ（ψ３′）・・・・・・・・・・・・・・・（１
０）ここで・ψ１′＝ψＩ−ψ貢ＥＦ・ ψ２”＝ψ２−ψ□１、 ψ、′−ψ３−ψＩＥＦ　　、 である。

一方、第５のデジタル信号２５は、第１のデジタル信号
１９と共に第２のデジタル乗算手段２０ｂに入力され、
デジタル的に乗算された後、第２のデジタルフィルタ２
０ｄを通してＤＣ成分が除去され、第７のデジタル信号
２７として出力される。この第７のデジタル信号２７の
第１〜第３のアナログ信号１５〜１７に対応する各信号
は、次式で表される。

〈第１のアナログ信号（１５）に対応する第７のデジタ
ル信号〉 ■１．ｓｉｎ　”　Ｐ＠　Ｓｉｎφ、・ｊ、（η）Ｘ　
ｃｏｓ　（ψ１゛）・・・・・・・・・・・・・・・（
１１）く第２のアナログ信号（１６）に対応する第７の
デジタル信号〉 ■ｚ＊　ｓｉ、１”　Ｐｏ　ＣＯ３φｓ　・ＪＺ（７７
）Ｘ　ｃｏｓ　（ψ２”）・・・・・・・・・・・・・
・・（１２）〈第３のアナログ信号（１７）に対応する
第７のデジタル信号〉 ｖ：１．　ｓｉｎ　ｃｃ　ｐｏ　ｃｏｓφｓ・Ｊａ＜ｙ
ｙ）Ｘ　ｃｏｓ　（ψ３゛）・・・・・・・・・・・・
・・・（１３）このように、デジタル的に乗算およびフ
ィルタリング（つまりデジタル・デモジュレート）を行
っているので、従来の信号処理形態（つまりアナログ・
デモシュレート）に見られたよう乙こアナログＩＣ等に
起因するオフセット電圧がデモシュレート後の信号に重
畳するといった不都合、を解消することができる。

第６および第７のデジタル信号２６．２７は、象限判別
手段２８に入力される。象限判別手段２８では、式（８
）　、　（９）および（１１）、（１２）に表される第
６のデジタル信号２６のＶ　Ｉ　＋　Ｃｏ　ＳとＶｚ、
ｃｏｓまたは第７のデジタル信号２７のＶＩ＋５１１１
１とＶ　ｚ、ｓ　ｔ　ｎの符号から、以下の論理判別を
行う。

ここで、第６のデジタル信号２６のＶＩ＋Ｃｏｌと第７
のデジタル信号２７のＶｌ、Ｓ□０は第２図に示す規格
化デモシュレート出力１０１（実線表示）に対応し、ま
た第６のデジタル信号２６のＶｚ、ｃａｓと第７のデジ
タル信号２７のＶ！＋ｓｉ＊は第２図に示す規格化デモ
シュレート出力１０２（破線表示）に対応する。

第２図から分かるように、サニヤック効果による位相差
φ、　［ｒａｄ］　に対し、規格化デモシュレート出力
１０１　、１０２の符号は、第１表（次頁参照）に示す
ように変化する。

第１表に示す論理判別に基づいて、まずサニヤック効果
による位相差φ、の存在象限が±π［ｒａｄ］の範囲（
象限範囲Ａ）で決定される。この場合、規格化デモシュ
レート出力１０１，１０２の各符号の組合せにより、位
相差φ、の象限範囲Ａにおける象限記号Ｍは４種類（０
〜３）に分類される。

第１表 〔以下余白］ 第１表に示すように、隣り合った位相差φ、の象限記号
Ｍで同じ記号はない。そこで、象限範囲Ａの象限記号Ｍ
が、例えば ■「３」から「０」に変化した場合は、位相差φ、の象
限が、象限記号Ｍの変化する前の象限範囲に２π［ｒａ
ｄｌ加算した象限範囲に存在するものと判断し、 ■逆に「０」から「３」に変化した場合は、位相差φ、
の象限が、象限記号Ｍの変化する前の象限範囲から２π
［ｒａｄ］　滅じた象限範囲に存在するものと判断する
。

第３図には象限判別処理のフローの一例が示される。図
示の例では、位相差φｓ　［ｒａｄ］の象限範囲Ａ（−
π〜＋π）に対して象限判別が行われている。

まずステップ３０１では、第６および第７のデジタル信
号２６．２７（すなわち規格化デモシュレート出力１０
１．１０２）が象限判別手段２８に取り込まれる。

ステップ３０２〜３０９では、規格化デモシュレート出
力１０１，１０２の各符号の組合せに基づいて象限記号
Ｍの論理判別が行われる。

ステップ３１０では、象限範囲Ａの象限記号Ｍが０に等
しい（ＹＥＳ）か否（ＮＯ）かの判定を行い、判定結果
がＹＥＳの場合にはステップ３１１に進み、判定結果が
ＮＯの場合にはステップ３１３に進む。ステップ３１１
では、演算サイクル１回前の象限範囲Ａの象限記号Ｍ０
が３（ただし初期状態のＭ、＝２）に等しい（ＹＥＳ）
か否（ＮＯ）かの判定を行い、判定結果がＹＥＳの場合
にはステップ３１２に進み、判定結果がＮｏの場合には
ステップ３１３に進む。

ステップ３１０の判定結果がＹＥＳで且つステップ３１
１の判定結果がＹＥＳの場合には、前述した■のケース
、すなわち象限記号Ｍが「３」から「０」に変化した場
合に相当する。従ってステップ３１２では、象限範囲Ｂ
の象限記号Ｎとして、象限記号Ｍの変化する前の象限範
囲Ｂの象限記号Ｎ、（ただし初期状態のＮ、＝０）にｒ
ｌ」を加算した値が設定される。これによって、位相差
φＳが、象限記号Ｍの変化する前の象限範囲に２π［ｒ
ａｄｌ加算した象限範囲に存在するものと判断される。

ステップ３１２の処理が終了後、ステップ３１６に進み
、象限記号ＭおよびＮをそれぞれＭ、、Ｎ、として設定
する。さらにステップ３１７において象限判別結果（象
限記号Ｍ、Ｎ）を出力した後、このフローは「エンド」
となる。

一方、ステップ３１３では象限範囲Ａの象限記号Ｍが３
に等しい（ＹＥＳ）か否（Ｎｏ）かの判定を行い、判定
結果がＹＥＳの場合にはステップ３１４に進み、判定結
果がＮＯの場合にはステップ３１６に進む。ステップ３
１４では、演算サイクル１回前の象限範囲Ａの象限記号
Ｍ０が０（ただし初期状態のＭ、＝２）に等しい（ＹＥ
Ｓ）か否（Ｎｏ）かの判定を行い、判定結果がＹＥＳの
場合にはステップ３１５に進み、判定結果がＮＯの場合
にはステップ３１６に進む。

ステップ３１３の判定結果がＹＥＳで且つステップ３１
４の判定結果がＹＥＳの場合には、前述した■のケース
、すなわち象限記号Ｍが「０」から「３」に変化した場
合に相当する。従ってステップ３１５では、象限範囲Ｂ
の象限記号Ｎとして、象限記号Ｍの変化する前の象限範
囲Ｂの象限記号Ｎ。（ただし初期状態のＮ０＝Ｏ）から
「ｌ」を減算した値が設定される。これによって、位相
差φＳが、象限記号Ｍの変化する前の象限範囲から２π
［ｒａｄｌ減じた象限範囲に存在するものと判断される
。

ステップ３１５の処理が終了後、ステップ３１６に進み
、上述した処理を繰り返す。

以上の論理判別処理に基づく象限判別結果は、第２表（
次頁参照）に示される。

以上の論理判別により、象限判別手段２８は、象限記号
Ｍに対応した第８のデジタル信号２９ａと象限記号Ｎに
対応した第９のデジタル信号２９ｂを出力する。

〔以下余白〕

第２表 次に、位相変調度演算手段３１は、式（９）、（１０）
および（１２）　、　（１３）に表される第６のデジタ
ル信号２６のＶ２＋ＣＯ１と■３．。ｏ５および第７の
デジタル信号２７のＶ２＋ＳｉｎとＶｌ−Ｓｉｎに基づ
き、以下の演算を行う。

ｇ　［（Ｖ２．　ｃｏｓ２＋　Ｖｚ、　５ｉｎｚ）　”
、　２／　（Ｖｌ、　ｃｏｓ”　　＋　Ｖ：１．　ｓ；
ｎ”）　””］＝ｇＮＪ２（η）／Ｊ、（η）１１ ＝ｌＪ２（η）／Ｊｌ（η）１・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１４）ここで、ｇｌ　　］は、ＩＪ２
（η）／Ｊ４（η）ｊを１Ｊ２（η）／Ｊｌ（η）１に
変換する関数を表す。

位相変調度演算手段３１は、式（１４）に示す値に対応
した第１０のデジタル信号３２を出力する。

次に、回転角速度演算手段３０は、弐（８）、（９）お
よび（１１）、（１２）に表される第６のデジタル信号
２６のＶｌ、Ｃ６よとＶｌｃｏｓおよび第７のデジタル
信号２７のＶｌ＋１ｌｌｌとＶ２．＊ｒｆｉならびに式
（１４）で表される第１０のデジタル信号３２に基づき
、以下の演算を行う。

Ｑ＝ｌＪｚ（η）／Ｊｌ（η） ｘ　［（Ｖｌ、　ｃ６ｇ”＋Ｖ１．　ｓ＝、％２）Ｉ／
！／（Ｖｚ、Ｃ，、”　　＋Ｖｚ、、ｉ、”）””］＝
　ｌ　ｔａｎ（φ、）１・・・・・・・・・　・・・・
・・　・・・・・・（１５）回転角速度演算手段３０は
、第２表に示す論理判別された位相差φ、の存在象限に
対応した第８および第９のデジタル信号２９ａ　、　２
９ｂと式（１５）で表される演算値に基づいて、サニヤ
ック効果による位相差φ５を演算し、この演算値に対応
した（すなわち入力回転角速度に比例した）第１１のデ
ジタル信号３３を出力する。

第４図には回転角速度演算処理のフローの一例が示され
る。

まずステップ４０１では、第６、第７および第１０のデ
ジタル信号２６，２７．３２が回転角速度演算手段２９
に取り込まれ、次のステップ４０２では、Ｑの計算が行
われる。さらにステップ４０３では、第８および第９の
デジタル信号２９ａ、２９ｂが回転角速度演算手段２９
に取り込まれる。

ステップ４０４では、前述の象限記号Ｍが０に等しい（
ＹＥＳ）か否（ＮＯ）かの判定を行い、判定結果がＹＥ
Ｓの場合にはステップ４０５に進み、判定結果がＮＯの
場合にはステップ４０８に進む、ステップ４０５では、
Ｑの値がｒｌ、より小さい（ＹＥＳ）か否（Ｎｏ）かの
判定を行い、判定結果がＹＥＳの場合にはステップ４０
６に進み、判定結果がＮＯの場合にはステップ４０７に
進む。ステップ４０６では、φ、。の値として一π＋ｊ
ａｎ−’　（Ｑ）の演算を行い、またステップ４０７で
は、φ５゜の値として−ｘ／２−　ｃｏｔ−’（１／Ｑ
）の演算を行う。

ステップ４０６，４０７の処理が終了すると、ステップ
４１９に進み、演算された値φ３゜に２πＮを加算して
サニヤック効果による位相差φ、を演算する。

この後、フローは「エンド」となる。

なお、残りのステップ４０８〜４１１．４１２〜４１５
および４１６〜４１８の各処理については、上述したス
テップ４０４〜４０７の処理から容易に類推されるので
、その説明は省略する。

以上の演算処理に基づいて出力される第１１のデジタル
信号３３（すなわちジャイロ出力）は、第５図に示す波
形１０３（実線表示）に対応する。また、第４図のフロ
ーチャートにおける値φ、。は、第５図に示す波形１０
４　（破線表示）に対応する。

第６図には回転角速度演算処理のフローの他の例が示さ
れる。図示のステップ６０１〜６１１については、第４
図のフローチャートから容易に類推されるので、その説
明は省略する。

以上説明したように本実施例では、回転角速度演算手段
３０において、式（８）　、　（９）に示す第１のデジ
タル乗算手段２０ａおよびデジタルフィルタ２０ｃの出
力と、式（１１）　、　（１２）に示す第２のデジタル
乗算手段２０ｂおよび第２のデジタルフィルタ２０ｄの
出力と、式（１４）に示す位相変調度演算手段３１の出
力から、式（１５）に示す演算を行い、この演算値と第
３図および第２表に示す論理判別に基づく位相差φ、の
象限に対応した第８および第９のデジタル信号２９ａ、
２９ｂから、第４図または第６図に示すフローに従った
演算を行い、この演算値に対応したデジタル信号をジャ
イロ出力信号３３として出力している。

従って、入力回転角速度に比例したジャイロ出力信号が
得られ、最大検出角速度に対する制限を無くすることが
できる。

また、光量変動、位相変調度の変動および充電変換出力
信号７と位相変調器駆動信号８の間の位相差変動による
影響を除去することができるので、ジャイロのりニアリ
ティおよびスケールファクタ安定性が高められる。

また、光電変換出力信号７のｆｍ　、２　ｆｍおよび４
ｆｍ成分を、第１〜第３のヘテロダインミキサ９ａ〜９
ｃとＡ／Ｄコンバータ１８でＡＣ信号としてデジタル信
号に変換し、第１および第２のデジタル乗算手段２０ａ
　、　２０ｂと第１および第２のデジタルフィルタ２０
ｃ　、　２０ｄによりデジタル的にデモシュレートしで
いるので、従来形のようにアナログ的にデモシュレート
したときに発生するオフセット電圧が発生せず、そのた
めオフセット電圧変動に起因するジャイロのバイアス変
動を極小にすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ジャイロ出力信号
を入力回転角速度に正確に比例した出力とし、ジャイロ
のバイアス変動を極小になし得ると共に、リニアリティ
およびスケールファクタ安定性を高めることができる。

また、ジャイロの最大検出角速度範囲の制限を無くすこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学ジャイロ用信号処理装置の原
理ブロック図、 第２図は第１図装置における規格化デモシュレート出力
を示す波形図、 第３図は第１図における象限判別手段が行う処理の一例
を表すフローチャート、 第４図は第１図における回転角速度演算手段が行う処理
の一例を表すフローチャート、第５図は第１図装置によ
るジャイロ出力を示す波形図、 第６図は回転角速度演算手段が行う処理の他の例を表す
フローチャート、 第７図は従来の位相変調を付加した光フアイバジャイロ
の構成を一部模式的に示したブロック図、である。 （符号の説明） ７・・・光電変換出力信号、 ８・・・位相変調器駆動信号（第６のアナログ信号）、
９ａ〜９ｄ・・・第１〜第４のヘテロダインミキサ、１
０・・・第５のアナログ信号、 Ｉｆ−１３・・・第１２〜１４のデジタル信号、１４・
・・第４のアナログ信号、 １５〜１７・・・第１〜第３のアナログ信号、１８・・
・アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、１９、３
７．２２．２４〜２７．２９ａ、　２９ｂ、　３４．３
２．３３−・・・・・・第１〜第１１のデジタル信号、
２０ａ、　２０ｂ・・・第１、第２のデジタル乗算手段
、２０ｃ、　２０ｄ・・・デジタルフィルタ、２１・・
・タイミングパルス発生手段、２３・・・余弦／正弦信
号（ｃｏｓ／５ｉｎ）発生手段、２８・・・象限判別手
段、 ３０・・・回転角速度演算手段、 ３１・・・位相変調度演算手段、 ３５・・・参照信号発生回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸と共動する光伝搬路に光を時計回り方向と反
   時計回り方向に同時に伝搬させ且つ位相変調し、両方向
   に伝播した光の干渉光の強度からサニャック効果による
   光の位相差を検出して回転角速度に比例した光電変換出
   力信号（７）を得るようにした光学ジャイロの信号処理
   を行う装置であって、 位相変調器駆動信号（８）に周波数と位相が同期したア
   ナログおよびデジタルの参照信号（１０〜１３）に応答
   し、前記光電変換出力信号から該位相変調器駆動信号の
   周波数ｆ＿ｍと同じ周波数、２倍の周波数２ｆ＿ｍおよ
   び４倍の周波数４ｆ＿ｍの信号成分を取り出してそれぞ
   れ周波数Δｆ＿ｍの信号に変換し、それぞれ第１、第２
   および第３のアナログ信号（１５〜１７）を出力すると
   共に、前記アナログの参照信号を周波数Δｆ＿ｍの信号
   に変換して第４のアナログ信号（１４）を出力する周波
   数混合回路（９ａ〜９ｄ）と、 前記第４のアナログ信号に位相が同期した第２のデジタ
   ル信号（３７）に応答して前記第１〜第３のアナログ信
   号を第１のデジタル信号（１９）に変換するＡ／Ｄコン
   バータ（１８）と、 前記第２のデジタル信号を出力すると共に前記第４のア
   ナログ信号に位相が同期した第３のデジタル信号（２２
   ）を発生し、該第３のデジタル信号に位相が同期し且つ
   互いに９０゜位相のずれた第４および第５のデジタル信
   号（２４，２５）を形成し、前記第１のデジタル信号と
   の間でデジタル的に乗算を行ってそれぞれ直流成分を除
   去し、第６および第７のデジタル信号（２６，２７）を
   出力するデジタル・デモジュレート手段（２０ａ〜２０
   ｄ，２１，２３）と、前記第６および第７のデジタル信
   号に基づき前記光電変換出力信号のｆ＿ｍと２ｆ＿ｍま
   たは４ｆ＿ｍの周波数に対応する信号成分の符号から前
   記サニャック効果による光の位相差の存在象限を判別し
   、第８および第９のデジタル信号（２９ａ，２９ｂ）を
   出力する象限判別手段（２８）と、 前記第６および第７のデジタル信号に基づき前記光電変
   換出力信号の２ｆ＿ｍと４ｆ＿ｍの周波数に対応する信
   号成分の振幅比から現在の位相変調度に対応した第１０
   のデジタル信号（３２）を出力する位相変調度演算手段
   （３１）と、 前記第６〜第１０のデジタル信号に基づいて前記回転角
   速度に比例した第１１のデジタル信号（３３）を出力す
   る回転角速度演算手段（３０）と、 を具備してなる光学ジャイロ用信号処理装置。
2. ２．前記象限判別手段は、前記第６および第７のデジタ
   ル信号（２６，２７）に含まれる周波数ｆ＿ｍと周波数
   ２ｆ＿ｍまたは４ｆ＿ｍの信号成分の各符号の組合せに
   応じて決まる象限記号が所定範囲の象限範囲においてど
   のように変化しているかを比較判別する手段と、前記サ
   ニャック効果による光の位相差の象限が、当該象限記号
   の変化する前の象限範囲に２π［ｒａｄ］または−２π
   ［ｒａｄ］のいずれを加算した象限範囲に存在するかを
   論理判別して前記第８および第９のデジタル信号（２９
   ａ，２９ｂ）を形成する手段とを有している、請求項１
   に記載の光学ジャイロ用信号処理装置。
3. ３．前記デジタル・デモジュレート手段は、前記第２の
   デジタル信号を発生して前記Ａ／Ｄコンバータに出力す
   ると共に前記第３のデジタル信号を発生するタイミング
   パルス発生手段（２１）と、該第３のデジタル信号に基
   づき前記第４および第５のデジタル信号を出力する余弦
   ／正弦信号発生手段（２３）と、該第４および第５のデ
   ジタル信号と前記第１のデジタル信号との間でそれぞれ
   乗算を行う第１および第２のデジタル乗算手段（２０ａ
   ，２０ｂ）と、該乗算の結果からそれぞれ直流成分をデ
   ジタル的にカットして前記第６および第７のデジタル信
   号を出力する第１および第２のデジタルフィルタとを具
   備する、請求項１に記載の光学ジャイロ用信号処理装置
   。
4. ４．前記周波数混合回路は、前記光電変換出力信号に応
   答してそれぞれ周波数ｆ＿ｍ、２ｆ＿ｍおよび４ｆ＿ｍ
   の信号成分を周波数Δｆ＿ｍの信号に変換して第１〜第
   ３のアナログ信号を出力する第１、第２および第３のヘ
   テロダインミキサ（９ａ〜９ｃ）と、前記アナログの参
   照信号（１０）を周波数Δｆ＿ｍの信号に変換して第４
   のアナログ信号を出力する第４のヘテロダインミキサ（
   ９ｄ）とを具備する、請求項１に記載の光学ジャイロ用
   信号処理装置。
5. ５．前記位相変調器駆動信号を構成する第６のアナログ
   信号を出力すると共に、該第６のアナログ信号に周波数
   と位相が同期した第５のアナログ信号（１０）、第１２
   のデジタル信号（１１）、第１３のデジタル信号（１２
   ）、および第１４のデジタル信号（１３）を出力してそ
   れぞれ第４のヘテロダインミキサ、第１および第４のヘ
   テロダインミキサ、第２のヘテロダインミキサ、および
   第３のヘテロダインミキサに供給する参照信号発生回路
   （３５）をさらに具備する、請求項４に記載の光学ジャ
   イロ用信号処理装置。
6. ６．前記デジタル・デモジュレート手段、象限判別手段
   、位相変調度演算手段および回転角速度演算手段はソフ
   トウェアに基づいてそれぞれの処理を行う、請求項１に
   記載の光学ジャイロ用信号処理装置。
7. ７．前記光伝搬路は光ファイバにより構成されている、
   請求項１に記載の光学ジャイロ用信号処理装置。