JPH06294657A - 多重化３軸ジャイロ用ループ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度３軸ジャイロシステムを提供する。 【構成】 ３軸ジャイロシステムは、多重化されたデジ
タルバイアス波形を発生するためのループ制御装置を含
む。制御装置は、アナログ−デジタル変換器からデジタ
ル形式で３つのジャイロの多重化された出力が入力され
る。ループ制御装置は、３つのジャイロと関連した位相
変調器の多重化された駆動用のデジタル波形を発生する
ように配置される。ループ制御装置内において、多重化
されたジャイロ出力は、バッファーサイクルをリセット
する必要なしに位相変調器の連続的な駆動を可能にする
バイアス波形が発生するような方法で個々に処理され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３つの直交軸に関する
回転率を測定するための装置に関する。特に、本発明
は、システムコンポーネントを少なくするために多重化
配置が用いられるタイプの３軸ジャイロ用のループ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】サグナ
ック(Sagnac)干渉計は、１組の逆伝播光ビーム間に発生
した非相互的な位相差の測定により回転を確認する計器
である。この計器は、一般に、レーザーのような光源
と、数個の反射鏡または複数巻回の光ファイバーから構
成される光導波路と、ビームスプリッター／結合器と、
検出器と、信号処理器とからなる。

【０００３】干渉計において、ビームスプリッターから
出てくる波は単一の光路に沿って逆伝播する。光導波路
は「相互的」になっている。すなわち、光路のどんな湾
曲も、逆伝播ビームに、必ずしも同時または同一方向で
はないが、同じ様に影響を与える。時間的に変化する動
揺は、時間間隔が光導波路を回る光の伝播時間と比較可
能な所で観測できるが、「非相互的な」動揺は、別々に
かつ伝播方向にしたがって逆伝播ビームに影響を与え
る。前記非相互的な動揺は、２つの波が伝播する光媒体
の対称性を乱す物理的効果によって引き起こされる。２
つの非相互的な効果はまったく周知である。ファラデー
効果または共線的な磁気光学的効果は、磁界が光学材料
における電子の優先的スピン方向を作り出す時起こるの
に対して、サグナック効果または慣性的相対論的効果
は、慣性的な構造物に関する干渉計の回転が伝播時間の
対称性を乱した時起こる。後者の効果は、リング方式ジ
ャイロスコープの動作原理として用いられる。

【０００４】ジャイロの逆伝播ビームで形成される縞ま
たは干渉パターンは、２つの成分、すなわち直流成分と
ビーム間の位相差の原因に関連する（例えばコサイン関
数）成分からなることが知られている。この位相差は、
例えば回転により、多少の非相互的な動揺を与える。縞
パターン形状の結果として、小位相差が測定されるべき
時（たとえば低回転率）、前記差は位相縞パターンのう
ちの最大のものの近くに生じるので、結合したビームの
強度は、位相差に対して比較的感度が悪い。さらに、合
成ビームの強度だけでは、回転の向きまたは方向を示さ
ない。

【０００５】前述の理由のため、人為的にバイアスされ
る位相差は、一般に逆伝播ビームに付加される。「非相
互的ゼロシフト」としても知られる位相シフトのバイア
スは、位相差に対する強度測定の感度を高める。その最
大感度は、ジャイロスコープの動作点を±π／２（また
はそれの奇数倍）にシフトすることにより得られる。さ
らに、＋π／２及び−π／２の間でバイアスを交互させ
ることによって、２つの異なる動作点が観測される。こ
れは、システムが、位相差の符号を確認し、したがって
回転方向を確認することを可能にする。位相変調に加え
て、干渉計出力の処理は、一般に、非相互的（サグナッ
ク）効果による位相シフトを補償するために負帰還メカ
ニズムによって追加的な位相シフトを導入する「位相ゼ
ロ化」を用いる。一般に、負帰還は、その傾斜が測定さ
れるべき回転率に比例する位相傾斜路を発生する。実際
の実行の際には、ゼロ化位相シフトは、電圧の制約のた
め不確定的に増すことができないので、その高さが０及
び２πラジアン間で変化する傾斜路が用いられる。

【０００６】グレインドージ(Graindorge)等の米国特許
出願第4,705,399 号は、「階段ステップ」波形を用い
る、デジタルに基づいた配置を開示している。各ステッ
プの高さは、測定された位相差に等しくなるが、各ステ
ップの幅及び周期は光学コイルの群遅延時間になる。概
して、傾斜路の傾斜は、単位時間当たりの測定された非
相互的位相差に等しくなる。この方法は、デジタル信号
処理と両立でき、結果的に多くの利点を享受する。位相
変調は、デジタル信号処理器で提供される同期化により
デジタル傾斜路に直接付加することができる。（結合さ
れた）信号は、最終的に、光ファイバーコイルの一方の
端部の近くに位置決めされる位相変調器を制御する。

【０００７】ナビゲーションを含む多くの応用は、３つ
の直交空間軸に関する回転及び位置情報を必要とする。
したがって、各回転軸に関する回転を検出する３組の干
渉計が次に必要とされるだろう。多数の干渉計を配置す
る必要性は、関連した信号処理エレクトロニクスの規模
及び複雑さを大いに複雑にし得る。この信号処理エレク
トロニクスを簡単にし、それにより３軸ファイバー光学
ジャイロスコープのコストを減らすことへの１つのアプ
ローチは、「多重化されたファイバー光学ジャイロ制御
装置」と題するマッソーズ(Matthews)等の米国特許出願
第5,033,854 号に教示されている。その中で、制御エレ
クトロニクスの規模及び複雑さは、１個のプロセッサー
によって、３個のジャイロコイルと関連した位相変調器
用の駆動信号ばかりでなく角度及び回転率データを引き
出すために、３個のファイバー光学ジャイロの出力を多
重化することにより、簡単にされかつ縮小されている。
その特許においては、複数のジャイロは、γがジャイロ
の光学通過時間、ｎが整数の場合のｎγの率でサンプル
される。次に、サンプル信号は、デジタル信号処理器に
供給され、次に位相変調器を駆動するためにアナログ形
式に変換される率帰還信号を形成するために用いられ
る。同じ信号は、３個のジャイロセンサーコイルと関連
した位相変調器を駆動するために用いられる。したがっ
て、変調器は同一の動作特性を持っていなければならな
い。さもなければ、デバイス間の相違は、恐らく、デバ
イスの正確さに逆に影響を与えるであろう異なるスケー
ルファクターに反映されるだろう。さらに、前記エラー
は、バイアスエラーをのせることで事実上累積され、結
局デバイスを役に立たなくすることになり得る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】先行技術の上記及び他の
欠点は、３つの直交軸に関する回転率を測定する装置を
提供する本発明により取り組まれる。前記装置は３つの
ファイバー光学ジャイロスコープを含む。前記ジャイロ
スコープの各々は、軸の１つに関する回転を測定し、そ
れに応答してアナログ信号を供給するように配置され
る。３個の位相変調器が用意され、各々、変調電圧波形
に応答して、予め決められた光学バイアスをジャイロス
コープの１つの中の逆伝播ビーム対に付加するように配
置される。

【０００９】ジャイロスコープのアナログ出力を１つの
アナログ波形に多重化する手段が用意される。アナログ
−デジタル変換器はこの出力アナログ波形をデジタル形
式に変換する。デジタル出力波形が入力され、ジャイロ
スコープをバイアスするためのデジタル波形を発生する
ループ制御装置が用意される。このループ制御装置にお
いて、バイアス波形は軸毎に交互する一連のデジタルワ
ードからなり、該デジタルワードはジャイロスコープを
バイアスするための電圧レベルを示す。デジタル−アナ
ログ変換器は、デジタルバイアス波形が入力され、それ
を位相変調器を駆動するためのアナログ形式に変換す
る。ループ制御装置は、特定の軸に関するワードがそれ
以外の軸に関するワードと無関係に確認されるように配
置される。本発明の上記及び他の特徴及び利点は、以下
の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。この詳
細な説明は１組の図面を伴って行われる。図面の番号
は、記述説明の番号に対応し、本発明の種々の特徴部分
を示す。同じ番号は、記述説明及び図面の両方を通じて
同じ特徴部分に関する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明によるループ制御装置を含む
多重化された３軸ジャイロシステムのブロック図であ
る。本発明によるループ制御装置１６への適用のために
ジャイロ１０、１２及び１４の出力を１つのデジタルデ
ータビットストリームに多重化することにより、全体シ
ステムは、さもなければ３組のジャイロの個別処理に必
要な多数の電子的コンポーネントを削減する。回転検出
ジャイロ１０、１２及び１４の出力は、それぞれ切換可
能な前置増幅器１８、２０及び２２に印加される。各前
置増幅器は、各出力が、交互するバイアスによりブラン
クされるような方法で、ループ制御装置１６によって切
り換えられる。すなわち、各前置増幅器の出力は、３個
ごとの中から２個の連続的なループ通過時間（γ）の間
オフにされる。それだけで、フィルター２４、２６及び
２８に印加される信号は、利用される総合的アナログデ
ータに貢献する、すべての第３番目のループ通過の間各
個々のジャイロの出力と同期した一連のジャイロデータ
を含む。

【００１１】フィルター２４、２６及び２８の出力はノ
ード３０で結合され、その結果生まれるアナログ信号
は、多重化または時分割フォーマットで３つのジャイロ
１０、１２及び１４の出力を含む。この合成波形は、対
応するデジタル波形がループ制御装置１６に印加するた
めに発生するアナログ−デジタル変換器３２に印加され
る。ループ制御装置１６は、アナログ−デジタル変換器
３２の多重化デジタル出力が入力され、それに応じて、
ジャイロ１０、１２及び１４を変調するために用いられ
るデジタル信号を発生し、供給する。このデジタル出力
はデジタル−アナログ変換器３４に印加され、次にデジ
タル−アナログ変換器３４のアナログ出力は駆動装置３
６に印加され、駆動装置３６の出力はそれぞれジャイロ
１０、１２及び１４と関連した位相変調器３８、４０及
び４２を駆動する。ループ制御装置によって発生した単
一の波形は、各位相変調器３８、４０及び４２を同時に
駆動する。上述のように、逆回転する光ビームの１乃至
３番目のループ通過のみが特定の軸またはジャイロに関
連したデータを発生する。さらに、ループ制御装置１６
は、変換器３４に印加される信号がリセット用のブラン
キング期間を含まないように配置されることがわかるで
あろう。これは、交差軸データ混合を回避するためにリ
セットすることが必要なシステムにおいて可能になるの
と同じ程多い情報の２倍の累積を許す。

【００１２】下記に説明されるように、ループ制御装置
１６は、率データを抽出し、予め決められた形式の変調
を発生しかつ印加し、スケールファクターエラーを測定
かつ補正する、多重化ジャイロ出力の主要な及び補助的
な復調の両方を実行するように設計される。また、ゆっ
くりとした動揺を使用してジャイロ出力への影響を観測
するループ利得測定能力が含まれる。本発明によるルー
プ制御装置１６を含む代替の多重化された３軸ジャイロ
システムは、図２及び図３に示される。代替形態の各々
は、図１（ａ）のシステムには見られない特別な性能上
の特徴を提供する。図２の実施態様において、駆動装置
３６は、各々が位相変調器と関連した３つの可変利得増
幅器４４、４６及び４８で置換される。前記置換は、
（下記に説明される）レジスター７２及び８４に記憶さ
れた値を更新する必要性を排除することにより、それに
対応してループ制御装置１６のデザインを簡単にする。
これは、位相変調器３８、４０及び４２への印加に先立
って、デジタル−アナログ変換器３４の電圧出力を個々
に調整するための可変利得増幅器４４、４６及び４８の
能力を表わす。増幅利得の調整能力は、（マイクロプロ
セッサーを介して）システムに、（下記に説明される、
レジスターバンク７２から抽出された数値に応答して発
生した）適切なスケールファクター調整信号を増幅器４
４、４６及び４８に直接導かさせ、かつレジスター７２
及び８４に記憶された数値に対する修正を回避させる。

【００１３】図３の実施態様は、各々が、電圧信号をそ
れぞれ位相変調器３８、４０及び４２に印加するための
駆動装置５６、５８及び６０と関連した３つのデジタル
−アナログ変換器５０、５２及び５４を用いる。この実
施態様において、スケールファクターの調整は、デジタ
ル−アナログ変換器の基準電圧を変えることにより行わ
れる。また、前記調整は、ループ制御装置１６の（後で
説明する）累積器１２０において引き出される数値に応
答するマイクロプロセッサーにより与えられるだろう。
さらにまた、レジスター７２及び８４に記憶された数値
の更新は不必要になるだろう。前に説明した図１（ｂ）
の代替実施態様と対比した場合、本実施態様は、可変利
得増幅器と比較した場合のデジタル−アナログ変換器の
優れたノイズ特性の結果としてノイズを少なくする傾向
がある。図４は、本発明のループ制御装置の機能ブロッ
ク図である。制御装置は、前に説明したように、（３個
の）前のループ通過時間の間に累積された３つのジャイ
ロからの回転率データの多重化ストリームからなる、ア
ナログ−デジタル変換器の出力が入力される。次に、制
御装置は、３個の位相変調器を駆動するためにデジタル
−アナログ変換器に次に印加される（多重化）データス
トリームを引き出して供給するために、このデータを処
理する。それにより、変調器は、３つのジャイロの各々
の中の対応するビームの望ましい光学変調を付加する。

【００１４】（随意の）加算器６２は、変換器のデジタ
ル出力が入力される。加算器６２の存在は、後に説明さ
れる処理を、１つのループ通過の間に集められた多数の
サンプルの平均によって動作させるであろう。これは、
「オーバーサンプリング」、すなわちデジタル信号の有
効分解能を改善するために周知である技術を可能にす
る。実際の実行の際には、この平均化特徴を用いること
なく、満足な結果が得られた。このような場合には、加
算器６２は削除しても良い。加算器６２が使用された場
合、その出力は、レジスター６６に記憶されたオフセッ
ト補正と結合される加算ノード６４に印加される。オフ
セット補正を与えるデジタル値は、ジャイロ軸と、アナ
ログ−デジタル変換器の出力によりそれとなく示される
余弦曲線における測定された直流シフトを考慮するため
の符号とにしたがってレジスター６６内に記憶される。
レジスターに記憶されたオフセット補正は、ループマイ
クロプロセッサーで計算かつ更新され、測定されたルー
プ利得及び下記に説明される入力動揺に基づく。

【００１５】３つのループ通過時間の遅延６８は、加算
ノード６４におけるオフセットのための補正が「１軸ず
つの」基準に基づいて行われるように、レジスターバン
ク６６と（下記に説明される）ポート７０の間に挿入さ
れる。すなわち、データ配列処理はアナログ−デジタル
変換器からのデータを効果的に多重分離する。その結
果、３つのジャイロの出力の多重化ストリームは、補正
されかつ交差軸データ処理によって生じるエラーのない
加算ノードから発生する。各軸のために、６８から発生
する信号線は２つのオフセットのうちの一方間に選ぶ。
これらは各々、一定のオフセットによるだけでなく下記
に説明されるようにゆっくりと注入される動揺によって
も決定される値に一致する。印加されるべきループ動揺
値の向き及び大きさ（＋ｄまたはーｄ）は、ポート７０
に入力される。オフセットレジスター６６に用いられる
補正値を決定する際のそれらの使用に加えて、前記動揺
値は、１軸ずつの基本に基づいて６個の記憶場所のうち
の１つにπ／２＋ｄ及びπ／２−ｄの光学的な位相シフ
トを発生するための電圧値を記憶するように内部的に配
置される変調レジスター７２に（時間遅延なしに）入力
される。前記レジスター値は、（下記に説明される）ジ
ャイロ位相変調器への印加のための瞬間変調値を表わ
す。印加されるべき変調の向きまたは方向（プラスまた
はマイナス）は、ポート７４に入力され、それにより７
６で変調値の符号を選択する。ポート７４は、連続的な
光学的バイアスステップの印加方向を示すどんな一連の
「１」及び「０」も受け入れることができるので、ルー
プ制御装置１６は、（例えば、決定論的な、またはラン
ダムな、または準ランダムな）すべての可能性のあるタ
イプの変調の印加に従う。

【００１６】加算ノード６４の出力に戻ると、多重化さ
れた一連の補正された数値、すなわちこのデジタルデー
タストリームは、ポート７０に印加されかつ３つのルー
プ通過時間で遅延されたループ動揺値の符号にしたがっ
て「プラス」か「マイナス」のどちらかに切り換えられ
る復調器７８に印加される。次に、オフセット補正され
（次に）復調された値は、その３つの出力（各軸用の別
々の累積）が（１軸ずつの基準に基づいて）予測値から
のループエラー信号の偏移を判定する累積器８０に印加
される。累積器８０の出力は、ループ利得を調整するた
めにループマイクロプロセッサー１７に供給され、それ
により動揺の印加の結果は予測された通りになるであろ
う。

【００１７】加算ノード６４からの数値出力は、さら
に、多重化信号の平均値を測定するために（各軸用の）
累積器８２に印加される。また、（軸毎の）３つの平均
値は、オフセットエラーを計算して、レジスターバンク
６６に記憶された補正値を更新する、ループマイクロプ
ロセッサー１７に供給される。また、補正値は、３γの
遅延８８を介して（ポート７４に入力されるような）変
調の符号の指示が入力され、それにより各軸用の先行の
ループ通過時間の間に印加された変調の（正または負
の）「方向」を指示する主変調器８６に印加される。次
に、累積器９０は、復調器８６からエラー信号が入力さ
れ、それを、１軸ずつの基準に基づいて３軸用の率概算
を与えるために先行エラー信号に加算する。これらの概
算は、ループマイクロプロセッサー１７に供給されると
共に、２の累乗で利得を与える乗算器として働く算術的
シフト装置９２に多重化形式で印加される。シフト装置
９２によって印加される利得は、ジャイロ帰還のために
ループ利得を決める。

【００１８】（各軸用）累積器９４に印加される算術的
シフト装置９２の出力は、３軸に対してΔΘの量を与え
るために、１軸ずつの（多重分離された）基準に基づい
て多重化信号を積算する。さらに、シフト装置９２の出
力は加算ノード９６に印加され、そこで、レジスターバ
ンク７２から軸毎に選択された変調値は、最も最近のル
ープ通過時間の間に引き出された、対応する軸の（９２
からの）シフトされた率概算値と結合される。したがっ
て、加算ノード９６からの多重化データ出力ストリーム
は、先行の復調された率数値に基づいて１軸毎に付加さ
れる変調値を含む。次に、この多重化ストリームの数値
は符号に関して検査される。下記に見られるように、負
の値が検出された時、それは、２πの位相シフトの付加
によって正の値に変換される。

【００１９】比較器９８は、上述の多重化データストリ
ームの成分の符号を確認する。率プラス変調の数値が負
でないことがわかった場合には、比較器９８で制御され
るスイッチ１００は、（点線で示される）閉位置に移動
し、軸毎に数値を区分けするレジスターバンク１０２に
直接印加される。負の数値レベルが比較器９８で検出さ
れた場合には、２πの位相シフトに相当する数値が、加
算ノード１０４においてノード９６からの信号に加算さ
れる。（２πの位相シフトに相当する数値はレジスター
バンク８４に軸毎に記憶されている。これらの数値は、
下記に説明されるスケールファクター調整メカニズムに
従ってループ制御処理の間中更新されることが後でわか
るであろう。）したがって、負でない数値を限定するデ
ジタルワードストリームを含む信号はレジスターバンク
１０２に入力される。レジスター１０２において区分け
された数値は、次の３つのループ通過の間に（デジタル
−アナログ変換器３４を介して）位相変調器３８、４０
及び４２を駆動するために前の変調電圧に対して連続的
に作られるものである、（先行の３つのループ通過から
の）電圧変化または漸増のデジタル表現ＤＤＡＣＸ、Ｄ
ＤＡＣＹ及びＤＤＡＣＺを与える。したがって、漸増電
圧変化ＤＤＡＣＸ、ＤＤＡＣＹ及びＤＤＡＣＺは、（比
較器９８で検出される正の値に相当する）π／２±ｄ＋
ΔΘと、（比較器９８で検出される負の値に相当する）
３π／２±ｄ＋ΔΘの、ジャイロ１０、１２及び１４内
の逆伝播ビーム間の位相シフトを発生するように選択さ
れる。レジスターバンク１０２に入力される数値は、ス
イッチ１００の位置と共に変化する。

【００２０】単一の電圧が所定時間に変換器３４に指令
され、単一の同等のアナログ電圧波形がｘ、ｙ及びｚ軸
の各々と関連した変調器を駆動するが、ジャイロ出力を
処理する際、３つのジャイロループ通過時間ごとのうち
の２つからのデータは、ＤＤＡＣＸ、ＤＤＡＣＹ及びＤ
ＤＡＣＺを個々に引き出す際にブランクまたは無視され
ることが思い起こされるべきである。よって、「結合さ
れた」駆動波形は、軸が引き出し処理の間結合されてい
た場合に起こるかもしれない、交差軸に基づいたエラー
に影響を受けない。むしろ、ジャイロ出力の解析と変調
信号の引き出しは、（軸に関して）個々に行われ、特定
部分が１軸ずつを「目標に」される共通駆動信号の発生
を許す。（説明されるべき）後続の信号処理と共同し
て、電圧漸増ＤＤＡＣＸ、ＤＤＡＣＹ及びＤＤＡＣＺ
は、変換器３４の前の状態をリセットまたはクリアする
ことなしにジャイロと関連した位相変調器を駆動するた
めに現存の変調電圧に加えられることがわかるであろ
う。これは、各ジャイロが、前のジャイロが終了した場
所を効果的に「除く」ことを意味する。上述のように、
ループは、軸を個々に処理し、次に結合し、スレショー
ルド選択し、共通システムにおいて更新することにより
閉じられるので、変換器３４に印加される多重化ストリ
ームは３軸の各々に関して個々に発生したデータを含む
ことが確実にもたらされる。それは、システムを継続的
なリセットなしに動作させる、個々に引き出される電圧
調整を伴う共通駆動信号の漸増になる。その結果、シス
テムは、出力デジタル−アナログ変換器を「循環させ」
なければならないループ制御装置の２倍の測定感度を達
成する。リセットによる３チャンネル間の「バッファー
サイクル」の献呈は、軸当たり１：６のループ通過に対
するデータの解析を遅らせ、それにより帯域幅を相当制
限するであろう。

【００２１】漸増値は、レジスターバンク１０２から、
次に加算ノード１０６に入力される多重化信号状態で出
力される。また、加算ノード１０６は、γ遅延１０８を
介してデジタル−アナログ変換器３４を指令する最新の
数値（したがって位相変調器３８、４０及び４２に印加
される電圧）が入力される。この信号は、その成分が位
相変調器を駆動するための数値を構成するものである
が、（適当なレジスターバンク８４からの）２πの位相
シフトに相当する数値になるように、差ノード１１０に
印加される。次に、差電圧は、スイッチ１１４の位置を
制御する比較器１１２に印加される。比較器１１２が負
の値を検出すると、加算ノード１０６からのストリーム
は、電圧波形の値が０乃至２πの範囲に相当することを
示すので、リセットをする必要がないだろう。この場合
には、スイッチ１１４は、加算ノード１０６からデジタ
ル−アナログ変換器３４及び遅延レジスター１０８に出
力を導く（点線で示された）位置にセットされる。

【００２２】比較器１１２で正またはゼロの値のどちら
かが検出されると、「リセット」状態が指示される。こ
のような場合には、スイッチ１１４は実践で示される位
置に移動し、加算ノード１０６の出力よりむしろ、差ノ
ード１１０の出力がデジタル−アナログ変換器３４に導
かれる。もちろん、スイッチ１１４の位置にかかわら
ず、前に多重化されたＤＤＡＣＸ，ＤＤＡＣＹ及びＤＤ
ＡＣＺの数値を含む信号は、加算ノード１０６に帰還さ
れ、その結果、変換器３４に出力される電圧波形は、位
相変調器３８、４０及び４２を駆動するために、「積算
された」数値を含むが電圧漸増を含まずに累積される。
したがって、加算ノード１０６及びγ遅延１０８は、共
同し積算器として働く。

【００２３】スイッチ１１４を選択的に動作させること
に加えて、常時評価が行われ、 比較器１１２は、γ遅
延１１８を介してイクスクルーシブオアゲート１１６に
「リセット」または「非リセット」のどちらかの指示を
与える。比較器１１２におけるリセットの検出は、スケ
ールファクターエラーを確認して補正する処理を引き起
こす。前記エラーは、レジスターバンク７２に記憶され
た、±π／２変調に変化をもたらすための数値、また
は、レジスターバンク８４に記憶された、２πに相当す
る数値のどちらかの中に存在し得る。イクスクルーシブ
オアゲート１１６は、γの遅延後、一方の入力に指示
（リセットまたは非リセット）が入力され、、他方の入
力に３γだけ遅延された変調の（正または負の）向きが
入力される。（遅延８８及び１１８は、種々の計算の持
続時間を考慮して２γだけ異なっている。）

【００２４】上記に説明したように、負でない値のみが
レジスター１０２に記憶される。−π／２変調が比較器
９８で検出されると、２πのシフトが付加され、変調は
３π／２に変換される。＋π／２の変調は修正されな
い。スケールファクターエラーが存在する時、３π／２
の変調「ステップ」の入力は、π／２の変調ステップか
ら生じるであろう信号強度を３倍マイナスした信号強度
のエラーを生じるであろう。従って、スケールファクタ
ーエラーの確認は、π／２変調値と３π／２変調値間で
差異を生じることにより行われる。変調値＋π／２（正
方向）が、上述の１０６、１０８、１１０、１１２及び
１１４を含むサブシステムにおいてリセットを引き起こ
した場合、次にこの＋π／２は−π／２に変換されるで
あろう。この場合に１１６で行われるＸＯＲ（イクスク
ルーシブオア）は＋３π／２状態を指示するであろう。
リセットが生じなかった場合は、次に、変調は＋π／２
のままになり、ＸＯＲ１１６は±π／２状態を指示する
であろう。これに反して、（７４で指令された）変調方
向が逆になった場合は、次に−π／２の変調は、上述の
９８、１００及び１０４からなるサブシステムで＋３π
／２に変換されるであろう。３π／２がリセットを引き
起こさなかった場合は、次にＸＯＲ１１６は±３π／２
を指示するであろう。リセットが生じた場合は、次に＋
３π／２が−π／２に逆変換され、このことは再びＸＯ
Ｒ１１６で指示されるであろう。要するに、リセットを
伴わない正方向は、１のＸＯＲと＋π／２の変調を引き
起こす。リセットを伴う正方向は、０のＸＯＲと−３π
／２の変調を引き起こす。リセットを伴わない負方向
は、０のＸＯＲと＋３π／２の変調を引き起こす。リセ
ットを伴う負方向は、１のＸＯＲと−π／２の変調を引
き起こす。全体で、ＸＯＲ１１６は、±π／２が印加さ
れた変調と±３π／２が印加された変調を識別すること
ができる。

【００２５】ゲート１１６の出力は、多重化されたジャ
イロ出力信号を同様に受け入れる復調器１１８に印加さ
れる。復調器１１８の出力は、多重化されたジャイロ出
力信号とゲート１１６の出力の積を軸毎に区分して加算
する累積器１２０に入力される。復調器１１８は、ジャ
イロ出力信号の強度値に適当な符号を割り当てるために
（±π／２変調ステップと±３π／２変調ステップを識
別する）ゲート１１６の出力を用いるように配置され
る。上記に説明したように、３π／２変調から生じる信
号強度のどんなエラーもπ／２変調ステップから生じる
エラーの３倍マイナスされるはずなので、復調器はスケ
ールファクターエラーによる強度信号を修正する。１２
０の出力は、各軸に多少のスケールファクターエラーを
与える。

【００２６】累積器１２０で正味の数値が累積する場合
には、前記正味の数値は、１軸ずつの基準に基づいたス
ケールファクターエラー量を与えるであろう。ループ制
御装置１６が、図１に示されるタイプの３軸ジャイロシ
ステムと共に用いられる場合には、マイクロプロセッサ
ー１７に入力される前記数値は、ジャイロにおいてそれ
ぞれπ／２及び２πの位相シフトに影響を与える電圧値
を補正するために、レジスター７２及び８４に記憶され
た（デジタル値として表わされる）電圧を調整する補正
値を発生させるために用いられるだろう。制御装置１６
が、図２に示されるタイプの３軸システムと共に用いら
れる場合には、累積器１２０に記憶されたデータは、可
変利得増幅器４４、４６及び４８の利得を調整するため
に用いられる。最後に、図３によるシステムにおいて
は、このデータは、デジタル−アナログ変換器５０、５
２及び５４の基準電圧を調整するためにマイクロプロセ
ッサー１７により用いられる。したがって、本発明は、
多重化された３軸ジャイロシステム用のループ制御装置
を提供することがわかる。制御装置は、形態を変形した
３軸ジャイロシステムにおいても多くの利点を提供す
る。３軸の各々と関連したデータを個々に処理し、次
に、得られた変調入力を１つの合成駆動信号に合体する
ことにより、さもなければ正確性及び帯域幅を制限する
バッファーサイクルの導入なしに３つのジャイロを処理
・制御することが可能になる。さらに、制御装置は、１
軸ずつの基準に基づいてスケールファクターを補正する
優れた手段を備えたシステムを提供する。

【００２７】本発明を目下好適な実施態様に関して説明
したが、それに限らない。むしろ、本発明は、請求の範
囲によって限定される限りにおいて制限されるだけであ
り、その精神に含まれるその全ての同等物を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるループ制御装置を用いることがで
きる代替的な多重化された３軸ジャイロシステムのブロ
ック図の（ａ）である。

【図２】本発明によるループ制御装置を用いることがで
きる代替的な多重化された３軸ジャイロシステムのブロ
ック図の（ｂ）である。本発明によるループ制御装置を
用いることができる代替的な多重化された３軸ジャイロ
システムのブロック図の（ｃ）である。

【図４】本発明の制御装置の機能ブロック図である。

【符号の説明】

ジャイロ １０，１２，１４ フィルタ ２４，２６，２８ Ａ／Ｄ ３２ ループ制御装置 １６ ＤＡＣ ３４ 駆動装置 ３６

【手続補正書】

【提出日】平成６年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるループ制御装置を用いることがで
きる代替的な多重化された３軸ジャイロシステムのブロ
ック図の（ａ）である。

【図２】本発明によるループ制御装置を用いることがで
きる代替的な多重化された３軸ジャイロシステムのブロ
ック図の（ｂ）である。

【図３】本発明によるループ制御装置を用いることがで
きる代替的な多重化された３軸ジャイロシステムのブロ
ック図の（ｃ）である。

【図４】本発明の制御装置の機能ブロック図である。

【符号の説明】 ジャイロ １０，１２，１４ フィルタ ２４，２６，２８ Ａ／Ｄ ３２ ループ制御装置 １６ ＤＡＣ ３４ 駆動装置 ３６

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エー．タザーテス アメリカ合衆国，91304 カリフォルニア, ウエスト ヒルズ，ジャスティス ストリ ート 23729

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３つの直交軸に関する回転率を測定する
   ための装置であって、下記の組み合わせからなる装置。 ａ）各々が、前記軸のうちの１つに関する回転を測定
   し、それに応じてアナログ出力を与えるように配置され
   る、３つのファイバー光学ジャイロスコープと、 ｂ）各々が、変調電圧波形に応答して、前記ジャイロス
   コープのうちの１つの中の１組の逆伝播ビームに予め決
   められた光学的バイアスを付加するように配置される、
   ３つの位相変調器と、 ｃ）前記ジャイロスコープのアナログ出力を出力アナロ
   グ波形に多重化するための手段と、 ｄ）前記出力アナログ波形をデジタル形式に変換するた
   めのアナログ−デジタル変換器と、 ｅ）前記デジタル出力波形が入力され、前記ジャイロス
   コープをバイアスするデジタル波形を発生するためのル
   ープ制御装置であって、前記バイアス波形は軸毎に交互
   するデジタルワード列からなり、前記ワードは前記ジャ
   イロスコープをバイアスするための電圧レベルを示すル
   ープ制御装置と、 ｆ）前記デジタルバイアス波形が入力され、それを前記
   位相変調器を駆動するためのアナログ形式に変換するた
   めのデジタル−アナログ変換器と、 ｇ）前記ループ制御装置は、特定の軸に関するデジタル
   ワードがそれ以外の軸に関するデジタルワードと無関係
   に確認されるように配置される。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記ルー
   プ制御装置は、さらに、変調列を入力するための手段を
   含む装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、前記変調
   列はランダムな列である装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の装置において、前記変調
   列は準ランダムになっている装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の装置において、前記変調
   列は決定論的になっている装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の装置において、前記ルー
   プ制御装置は、さらに、 ａ）前記バイアス波形を漸増するための電圧値を発生す
   る手段と、 ｂ）変調列を印加するための前記手段に応答する前記手
   段と、 ｃ）軸毎に個々に前記電圧値を引き出すための前記手段
   とを含む装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の装置において、さらに、
   １軸ずつの基準に基づいて前記電圧値を前記バイアス波
   形と結合するための手段を含む装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、さらに、
   前記バイアス波形をリセットするための手段を含む装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の装置において、前記リセ
   ット手段は、さらに、 ａ）前記波形の各値を、対応する軸と関連したジャイロ
   スコープにおいて２πの位相シフトを発生するための電
   圧と比較する手段と、 ｂ）前記波形と、前記デジタル−アナログ変換器への印
   加のために２πだけ漸減された前記波形を選択するため
   の手段と、 ｃ）前記波形が２πだけ漸減された時リセット信号を発
   生するための手段とを含む装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の装置において、さら
    に、 ａ）スケールファクターを調整するための手段と、 ｂ）前記手段は、１軸ずつの基準に基づいてスケールフ
    ァクターエラーを確認するための手段を含むこと、を含
    む装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、前記
    スケールファクター確認手段は、さらに、前記デジタル
    出力波形を復調するための手段を含む装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の装置において、前記
    デジタル出力波形を復号するための前記手段は、さら
    に、 ａ）イクスクルーシブオアゲートと、 ｂ）前記イクスクルーシブオアゲートは、前記変調列及
    び前記リセット信号が入力されるように配置され、 ｃ）前記デジタル出力波形を前記イクスクルーシブオア
    ゲートの出力で同期的に乗算するための乗算器と、 ｄ）１軸ずつの基準に基づいて前記乗算器の出力を受け
    て記憶し、それによりその内容がスケールファクターエ
    ラーに関連する累積器とを含む装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の装置において、さら
    に、前記累積器の内容に応じて、前記ループ制御装置の
    予め決められたレジスターを調整するための手段を含む
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の装置において、さら
    に、前記レジスターは、 ａ）１軸ずつの基準に基づいて前記ジャイロにおける逆
    回転光ビーム間に実質的に±π／２の位相シフトを作り
    出すための電圧を記憶するためのレジスターと、 ｂ）１軸ずつの基準に基づいて前記ジャイロにおける逆
    回転光ビーム間に２πの位相シフトを作り出すための電
    圧を記憶するためのレジスターと、を含む装置。
15. 【請求項１５】 請求項１２記載の装置において、さら
    に、 ａ）前記各変調器は、可変利得増幅器で駆動され、 ｂ）前記各増幅器の利得は、前記累積器の内容に応じて
    調整可能になっている、ことを特徴とする装置。
16. 【請求項１６】 請求項１２記載の装置において、さら
    に、 ａ）前記各位相変調器は、専用のデジタル−アナログ変
    換器で駆動され、 ｂ）前記各デジタル−アナログ変換器の基準電圧は、前
    記累積器の内容に応じて調整可能になっている、ことを
    特徴とする装置。