JPH11257971A - Optical fiber gyro - Google Patents
Optical fiber gyroInfo
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- JPH11257971A JPH11257971A JP10059662A JP5966298A JPH11257971A JP H11257971 A JPH11257971 A JP H11257971A JP 10059662 A JP10059662 A JP 10059662A JP 5966298 A JP5966298 A JP 5966298A JP H11257971 A JPH11257971 A JP H11257971A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、航空
機、船舶、自動車等に適用される、回転角速度または回
転角度を検出する光ファイバジャイロに関し、特に、階
段状のセロダイン信号によりサニャック位相シフトを打
ち消すよう閉ループに構成されたディジタル方式の光フ
ァイバジャイロに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro for detecting a rotational angular velocity or a rotational angle applied to, for example, an aircraft, a ship, an automobile, etc., and more particularly, to cancel a Sagnac phase shift by a stepped serrodyne signal. The present invention relates to a digital optical fiber gyro configured in a closed loop.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバジャイロにおいて、光ファイ
バループを互いに反対方向に伝搬する2つの光を再結合
することで得られた干渉光の光強度変化は、該2つの光
のサニャック位相差をφsとすると、cos(φs)で
ある。このため、図26に示すように、サニャック位相
差が0近傍では、該位相差の変化に対して僅かしか光強
度が変化しない。2. Description of the Related Art In an optical fiber gyro, a change in light intensity of interference light obtained by recombining two lights propagating in an optical fiber loop in opposite directions is caused by a phase difference of Sagnac between the two lights. Then, cos (φs) is obtained. Therefore, as shown in FIG. 26, when the Sagnac phase difference is close to 0, the light intensity changes only slightly with respect to the change in the phase difference.
【0003】この問題を解決する光ファイバジャイロと
して、特開昭56−94680号公報記載のものがあ
る。An optical fiber gyro that solves this problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-94680.
【0004】この技術では、光ファイバループを伝搬す
る2つの光を位相変調する位相変調器を設け、図26に
示すように、+π/2および−π/2の位相シフトを2
τ(τ:光ファイバループでの光の伝搬時間)周期で生
じさせる矩形波の位相変調信号を該位相変調器に加える
ことで、前記干渉光の光強度変化をcos(φs±π/
2)で取り出せるようにしている。In this technique, a phase modulator for phase-modulating two lights propagating through an optical fiber loop is provided, and as shown in FIG. 26, a phase shift of + π / 2 and -π / 2 is set to two.
By applying a phase modulation signal of a rectangular wave generated at a period of τ (τ: propagation time of light in an optical fiber loop) to the phase modulator, a change in the light intensity of the interference light is represented by cos (φs ± π /
It can be taken out in 2).
【0005】また、従来のディジタル方式の光ファイバ
ジャイロでは、サニャック位相差検出のダイナミックレ
ンジ拡大のため、各階段の持続時間が通常τの階段信号
であるセロダイン信号を位相変調器に入力して、光ファ
イバジャイロへの入力角速度に応じたサニャック位相差
と同量、異符号の位相差を生じるよう位相変調を行わせ
ている。これにより、光ファイバループを伝搬する2つ
の光のサニャック位相差を打ち消すよう閉ループに構成
されている。ただし、セロダイン信号の出力を無限に大
きくすることはできないため、通常、セロダイン信号に
よる位相シフトが±2πに達したときにリセットしてい
る。In a conventional digital fiber optic gyro, a serrodyne signal, which is a staircase signal having a duration of τ, is input to a phase modulator in order to expand the dynamic range of Sagnac phase difference detection. The phase modulation is performed so as to generate a phase difference having the same amount and a different sign as the Sagnac phase difference corresponding to the input angular velocity to the optical fiber gyro. Thus, a closed loop is configured to cancel the Sagnac phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop. However, since the output of the serrodyne signal cannot be increased indefinitely, it is usually reset when the phase shift due to the serrodyne signal reaches ± 2π.
【0006】ディジタル方式の光ファイバジャイロは、
干渉光を電流信号に変換する受光器、上記電流信号を電
圧信号に変換する電流/電圧変換器、上記電圧信号を増
幅する電圧増幅器、上記増幅された電圧信号をディジタ
ル信号に変換するA/D変換器、上記ディジタル信号を
用い各種信号処理を行うディジタル信号処理器、位相変
調信号及びセロダイン信号を出力するD/A変換器等に
より構成される。A digital optical fiber gyro is
A photodetector for converting interference light into a current signal, a current / voltage converter for converting the current signal to a voltage signal, a voltage amplifier for amplifying the voltage signal, and an A / D for converting the amplified voltage signal to a digital signal It comprises a converter, a digital signal processor for performing various signal processing using the digital signal, a D / A converter for outputting a phase modulation signal and a serrodyne signal, and the like.
【0007】上記A/D変換を行う際、サンプリング定
理に基づき信号帯域を制限しサンプリングを行う手法が
広く知られている。この帯域制限は、信号に重畳してい
る高周波電磁ノイズを減衰させるため、より安定な閉ル
ープ動作及び回転角速度検出を行う上で極めて有効な方
法である。[0007] When performing the A / D conversion, there is widely known a technique of performing sampling by limiting a signal band based on a sampling theorem. This band limitation is an extremely effective method for performing more stable closed-loop operation and rotational angular velocity detection in order to attenuate high-frequency electromagnetic noise superimposed on a signal.
【0008】従来技術において、2τの周期で位相変調
を行つた場合、サンプリング定理より、1/2τの周波
数で信号帯域制限を行った後、その2倍の周波数1/τ
でサンプリングを行うよう構成される。In the prior art, when phase modulation is performed at a period of 2τ, a signal band is limited at a frequency of 1 / 2τ according to the sampling theorem, and a frequency twice as high as 1 / τ is applied.
Is configured to perform sampling.
【0009】ところで、セロダイン信号のリセットが正
確に行われない場合、すなわち、変調ゲインに誤差が含
まれると、光ファイバジャイロの入力レートと出力レー
トとの関係において、スケールファクタ誤差が生ずる。If the serrodyne signal is not reset correctly, that is, if the modulation gain contains an error, a scale factor error occurs in the relationship between the input rate and the output rate of the optical fiber gyro.
【0010】この問題を解決するディジタル方式の光フ
ァイバジャイロとして、特開平3−210417号公報
記載や特開平3−48715号公報記載のものがある。[0010] As a digital optical fiber gyro for solving this problem, there are those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-210417 and 3-48715.
【0011】前者は、位相変調器に入力する位相変調信
号として、 δφ1=φ0 δφ2=aφ0 δφ3=−φ0 δφ4=−aφ0 (ここで、φ0は一定の位相シフト、aはcosφ0=c
os(aφ0)を満足する正の定数)からなる4つのス
テップを一周期とする信号を用いている。[0011] The former, as a phase-modulated signal to be input to the phase modulator, δφ 1 = φ 0 δφ 2 = aφ 0 δφ 3 = -φ 0 δφ 4 = -aφ 0 ( where, phi 0 is a constant phase shift , A is cos φ 0 = c
os (a positive constant that satisfies aφ 0 ) is used as a signal having four steps as one cycle.
【0012】ここで、位相変調信号の各ステップの周期
は、たとえばτ/2(合計で2τ)である。また、aは
2である。この場合、変調位相差は図27のようにな
る。Here, the cycle of each step of the phase modulation signal is, for example, τ / 2 (2τ in total). A is 2. In this case, the modulation phase difference is as shown in FIG.
【0013】一方、後者は、位相変調器に入力する位相
変調信号として、位相差電気信号から得た利得信号と合
計位相変調信号とを演算することで得られた信号を用い
ている。この合計位相変調信号は、以下の信号を合計す
ることで得られる。On the other hand, the latter uses a signal obtained by calculating a gain signal obtained from a phase difference electric signal and a total phase modulation signal as a phase modulation signal input to the phase modulator. This total phase modulation signal is obtained by summing the following signals.
【0014】・第一の周波数を用いて作成したセロダイ
ン信号。A serrodyne signal created using the first frequency;
【0015】・第一の周波数を有した周期的方形波より
なる速度バイアス信号。A velocity bias signal consisting of a periodic square wave having a first frequency.
【0016】・セロダイン信号の周期の半分に等しい連
続した等間隔時間の終わりで遷移する一連のステップ電
圧よりなる利得バイアス信号。A gain bias signal consisting of a series of step voltages transitioning at the end of successive equal intervals equal to half the period of the serrodyne signal.
【0017】ここで、たとえば、連続した等間隔時間と
はτ/j(jは整数)である。jを2とした場合、速度
バイアス信号は周波数1/2τとなる。また、速度バイ
アス信号は、π/2および−π/2間を遷移する方形波
であり、利得バイアス信号は、2π、0、−2πおよび
0の一連の誘起位相シフトを有する。この場合、変調位
相差は、たとえば、 0〜τ/2 期間: +π/2+2π=+5π/2 τ/2〜τ 期間: +π/2+0=+π/2 τ〜3τ/2 期間: −π/2−2π=−5π/2 3τ/2〜2τ期間: −π/2+0=−π/2 となり、したがって、図28のようになる。Here, for example, the continuous equal interval time is τ / j (j is an integer). When j is 2, the speed bias signal has a frequency of 1 / 2τ. The velocity bias signal is a square wave that transitions between π / 2 and −π / 2, and the gain bias signal has a series of induced phase shifts of 2π, 0, −2π, and 0. In this case, the modulation phase difference is, for example, 0 to τ / 2 period: + π / 2 + 2π = + 5π / 2 τ / 2 to τ period: + π / 2 + 0 = + π / 2 τ to 3τ / 2 period: -π / 2- 2π = −5π / 2 3τ / 2−2τ period: −π / 2 + 0 = −π / 2, and therefore, as shown in FIG.
【0018】両者とも、位相変調器に所定周期で位相シ
フトさせる信号を印加することで、サニャック位相差が
0となる光強度の点を周期的にシフトさせることができ
る。このため、サニャック位相差の0近傍における光強
度の感度を向上させることができる。In both cases, the point of the light intensity at which the Sagnac phase difference becomes zero can be periodically shifted by applying a signal for shifting the phase at a predetermined period to the phase modulator. For this reason, the sensitivity of the light intensity near the Sagnac phase difference of 0 can be improved.
【0019】また、図27、28に示すように、位相変
調器に所定周期で±iπ(図27ではa=2のとき±4
/3π、図28では±2π)の位相シフトをさせる信号
を印加することで、該位相シフトの際に生ずる変調ゲイ
ン誤差を検出できるようにしている。Further, as shown in FIGS. 27 and 28, the phase modulator applies ± iπ at a predetermined period (in FIG. 27, ± 4 when a = 2).
By applying a signal that causes a phase shift of (/ 3π, ± 2π in FIG. 28), a modulation gain error generated at the time of the phase shift can be detected.
【0020】したがって、該変調ゲイン誤差がゼロとな
るように変調制御を行い、位相変調信号およびセロダイ
ン信号の変調ゲインを最適値に制御することで、セロダ
イン信号によって発生するジャイロ出力におけるスケー
ルファクタ誤差を低減することができる。Therefore, by performing modulation control such that the modulation gain error becomes zero and controlling the modulation gains of the phase modulation signal and the serrodyne signal to optimal values, the scale factor error in the gyro output generated by the serrodyne signal is reduced. Can be reduced.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】矩形波により位相変調
を行うディジタル方式の光ファイバジャイロでは、位相
シフトの際に干渉光のピーク点(最明点)またはボトム
点(最暗点)を短時間で通過するため、出力波形にスパ
イク状のノイズ(光スパイク)が発生する。In a digital optical fiber gyro in which phase modulation is performed by a rectangular wave, a peak point (lightest point) or a bottom point (darkest point) of interference light is shifted for a short time during a phase shift. , A spike-like noise (light spike) is generated in the output waveform.
【0022】この光スパイクノイズは、セロダイン制御
を行うためのサニャック位相差信号や変調制御を行うた
めの変調ゲイン誤差信号とは無関係であり、不要な信号
である。The optical spike noise has no relation to the Sagnac phase difference signal for performing the serrodyne control or the modulation gain error signal for performing the modulation control, and is an unnecessary signal.
【0023】上記の特開平3−210417号公報記載
および特開平3−48715号公報記載のディジタル方
式の光ファイバジャイロでは、位相変調信号による位相
シフトの際に発生する前記光スパイクの向き(波形が鈍
る部分)が異なる。このため、検出光信号に含まれる光
スパイクによる誤差を効率よく除去することができない
という問題がある。In the digital optical fiber gyro described in JP-A-3-210417 and JP-A-3-48715, the direction (shape of the waveform) of the optical spike generated at the time of phase shift by a phase modulation signal is changed. (Dull part) is different. For this reason, there is a problem that an error due to a light spike included in the detection light signal cannot be efficiently removed.
【0024】以下に、この問題について詳しく説明す
る。Hereinafter, this problem will be described in detail.
【0025】特開平3−210417号公報記載の技術
では、上述したように、位相変調器に入力する位相変調
信号として、 δφ1=φ0 δφ2=aφ0 δφ3=−φ0 δφ4=−aφ0 からなる4つのステップを一周期とする信号を用いてい
る。このため、検出される干渉光に含まれる光スパイク
は、図27に示すように、φ0→aφ0、−φ0→−aφ0
の位相シフトのときに生ずる光スパイクと、aφ0→−
φ0、−aφ0→φ0の位相シフトのときに生ずる光スパ
イクとで、位相シフト終了時における向き(上から下へ
か、あるいは下から上へか)が互いに異なる。In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-210417, as described above, the phase modulation signal input to the phase modulator is δφ 1 = φ 0 δφ 2 = aφ 0 δφ 3 = −φ 0 δφ 4 = A signal having one cycle of four steps of -aφ 0 is used. Therefore, the light spikes contained in the interference light to be detected, as shown in FIG. 27, φ 0 → aφ 0, -φ 0 → -aφ 0
And light spike that occurs when the phase shift, aφ 0 → -
The directions (top to bottom or bottom to top) at the end of the phase shift are different from each other depending on the optical spike generated when the phase shift is φ 0 , −aφ 0 → φ 0 .
【0026】この特開平3−210417号公報には、
これらの光スパイクを含んだ検出光信号において、サン
プリング定理にしたがい、1/2τの周波数帯域制限を
行った後、A/D変換器によりサンプリングする旨記載
されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-210417 discloses that
It is described that a detection optical signal including these optical spikes is subjected to a frequency band limitation of 1 / 2τ according to the sampling theorem, and then sampled by an A / D converter.
【0027】1/2τの帯域制限を1次ローパスフィル
タにより行った場合のA/D変換器に入力される信号波
形を図29に示す。FIG. 29 shows a signal waveform input to the A / D converter when the band is limited to 1 / 2τ by a primary low-pass filter.
【0028】この信号波形は、サニャック位相差及び変
調ゲイン誤差をともに零とした場合であるが、τ周期の
交流信号が現れている。これは、上記光スパイク波形が
帯域制限フィルタにより鈍らされた結果、生じているも
のである。This signal waveform is a case where both the Sagnac phase difference and the modulation gain error are zero, and an AC signal having a period of τ appears. This occurs as a result of the optical spike waveform being dulled by the band limiting filter.
【0029】なお、図中のSP1〜SP4は、A/D変
換器によるサンプリングポイントの一例である。Note that SP1 to SP4 in the figure are examples of sampling points by the A / D converter.
【0030】変調ゲイン誤差は、τ/2離れたサンプル
同士の差、すなわち、(SP1−SP2)、(SP3−
SP4)の復調処理により検出されるため、光スパイク
の影響を除去することができない。このため、変調制御
が正確に行われず、変調ゲイン誤差が発生し、その結
果、ジャイロのスケールファクタ誤差を十分に抑制する
ことができないという問題が生じる。The modulation gain error is the difference between samples τ / 2 apart, that is, (SP1-SP2), (SP3-
Since it is detected by the demodulation processing of SP4), the influence of the optical spike cannot be removed. For this reason, modulation control is not performed accurately, and a modulation gain error occurs. As a result, there arises a problem that a gyro scale factor error cannot be sufficiently suppressed.
【0031】帯域制限しない場合においても、D/A変
換器等の遅延時間やセトリング時間、および干渉光の光
強度変化を検出する受光器や電流/電圧変換器等でのフ
ィルタ効果等により波形が鈍り、同様の問題が生じる場
合がある。Even when the band is not limited, the waveform is changed due to the delay time and settling time of the D / A converter and the like, and the filter effect of the photodetector and the current / voltage converter for detecting the change in the light intensity of the interference light. Dulling can cause similar problems.
【0032】また、特開平3−48715号公報記載の
技術でも、図28に示すように、5π/2→π/2、−
5/2π→π/2の位相シフトのときに生ずる光スパイ
クと、π/2→−5π/2、−π/2→5π/2の位相
シフトのときに生ずる光スパイクとで、位相シフト終了
時における向きが互いに異なる。Also, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-48715, as shown in FIG. 28, 5π / 2 → π / 2,
The phase shift ends when an optical spike occurs at a phase shift of 5 / 2π → π / 2 and an optical spike occurs at a phase shift of π / 2 → −5π / 2, −π / 2 → 5π / 2. The directions at the time are different from each other.
【0033】この特開平3−48715号公報には、こ
れらの光スパイクを含んだ検出光信号において、サニャ
ック位相差を検出するため、1/2τの周波数帯のみを
通過させる第1のバンドパスフィルタにより帯域制限を
行った後、第1のA/D変換器によりサンプリングし、
変調ゲイン誤差を検出するため、1/τの周波数帯のみ
を通過させる第2のバンドパスフィルタにより帯域制限
を行った後、第2のA/D変換器によりサンプリングす
る旨記載されている。Japanese Patent Laying-Open No. 3-48715 discloses a first band-pass filter for passing only a 1 / 2τ frequency band in order to detect a Sagnac phase difference in a detection optical signal containing these optical spikes. After performing band limitation by, sampling is performed by the first A / D converter,
The document states that, in order to detect a modulation gain error, the band is limited by a second band-pass filter that passes only the 1 / τ frequency band, and then sampling is performed by a second A / D converter.
【0034】1/τの帯域制限を1次ローパスフィルタ
により行った場合のA/D変換器に入力される信号波形
を図30に示す。FIG. 30 shows a signal waveform input to the A / D converter when the band limitation of 1 / τ is performed by the primary low-pass filter.
【0035】この信号波形は、サニャック位相差及び変
調ゲイン誤差をともに零とした場合であり、τ周期の交
流信号は、上記光スパイク波形が帯域制限フィルタによ
り鈍らされた結果、生じているものである。特開平3−
48715号公報では、サニャック位相差の検出部と変
調ゲイン誤差の検出部とを別々に有し、それぞれの信号
に合わせて帯域制限を行っているため、変調ゲイン検出
部における信号帯域制限を1/τとすることが可能であ
る。しかしながら、図30から明らかなように、変調ゲ
イン誤差は、τ/2離れたサンプル同士の差、すなわ
ち、(SP1−SP2)、(SP3−SP4)の復調処
理により検出されるため、光スパイクの影響を十分に除
去することはできず、変調ゲイン誤差が発生し、その結
果、ジャイロのスケールファクタ誤差を十分に抑制する
ことができないという問題が生じる。さらに、特開平3
−48715号公報では、高速で信号の検出及び処理を
行うサニャック位相差検出部と変調ゲイン検出部とを個
々に有するため、回路の大型化、高コスト化、大電力化
をもたらすという問題を有する。This signal waveform is a case where both the Sagnac phase difference and the modulation gain error are set to zero. An AC signal having a period of τ is generated as a result of the optical spike waveform being dulled by the band limiting filter. is there. JP-A-3-
Japanese Patent No. 48715 discloses a Sagnac phase difference detection unit and a modulation gain error detection unit that are separately provided and band-limited according to each signal. can be τ. However, as is clear from FIG. 30, the modulation gain error is detected by the difference between samples separated by τ / 2, that is, by the demodulation processing of (SP1−SP2) and (SP3−SP4). The effect cannot be sufficiently eliminated, and a modulation gain error occurs. As a result, there arises a problem that a gyro scale factor error cannot be sufficiently suppressed. Further, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In JP-A-48715, since a Sagnac phase difference detecting section and a modulation gain detecting section for detecting and processing a signal at high speed are individually provided, there is a problem that the circuit becomes large, high in cost, and high in power. .
【0036】このように、光ファイバループを互いに反
対方向に伝搬する2つの光を再結合することで得られた
干渉光に含まれる光スパイクの、位相シフト終了時にお
ける向きが一定でないと、A/D変換する際に必要な帯
域制限フィルタにより光スパイクが鈍り、A/Dサンプ
リング信号に重畳し、これにより変調制御において誤差
が発生し、正確な各種位相変調信号及びセロダイン信号
が生成されず、結果として、ジャイロ出力におけるスケ
ールファクタ誤差が発生する。As described above, if the direction of the optical spike included in the interference light obtained by recombining two lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions to each other at the end of the phase shift is not constant, A The optical spike becomes dull due to the band-limiting filter necessary for the / D conversion, and is superimposed on the A / D sampling signal, thereby causing an error in modulation control, and accurate various phase modulation signals and serrodyne signals are not generated. As a result, a scale factor error occurs in the gyro output.
【0037】帯域制限しない場合においても、D/A変
換器等の遅延時間やセトリング時間、および干渉光の光
強度変化を検出する受光器や電流/電圧変換器等でのフ
ィルタ効果等により波形が鈍り、同様の誤差が発生す
る。Even when the band is not limited, the waveform is changed due to the delay time and settling time of the D / A converter and the like, and the filter effect of the photodetector and the current / voltage converter for detecting the light intensity change of the interference light. Dulling and similar errors occur.
【0038】なお、特開平3−48715号公報記載の
技術によれば、π/2および−π/2間を遷移する速度
バイアス信号と、2π、0、−2πおよび0の一連の誘
起位相シフトを有する利得バイアス信号との組合せによ
っては、変調位相差は、たとえば、 0〜τ/2 期間: −π/2+0=−π/2 τ/2〜τ 期間: −π/2+2π=3π/2 τ〜3τ/2 期間: +π/2+0=+π/2 3τ/2〜2τ期間: +π/2−2π=−3π/2 となる。この場合、位相シフト終了時における光スパイ
クの向きが一定(すべて、下から上の向き)になる。し
かしながら、図28に示したように、速度バイアス信号
と利得バイアス信号との組合せによっては、位相シフト
終了時における光スパイクの向きが一定にならない場合
もあるため、検出光信号に含まれる光スパイクによる誤
差を、常に効率よく除去することができるとは限らな
い。According to the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-48715, a velocity bias signal transitioning between π / 2 and -π / 2 and a series of induced phase shifts of 2π, 0, -2π and 0 are provided. Depending on the combination with the gain bias signal having the following equation, the modulation phase difference is, for example, 0 to τ / 2 period: -π / 2 + 0 = -π / 2τ / 2 to τ period: -π / 2 + 2π = 3π / 2τ. 33τ / 2 period: + π / 2 + 0 = + π / 2 3τ / 2 to 2τ period: + π / 2−2π = −3π / 2 In this case, the direction of the optical spike at the end of the phase shift becomes constant (all directions from bottom to top). However, as shown in FIG. 28, depending on the combination of the velocity bias signal and the gain bias signal, the direction of the optical spike at the end of the phase shift may not be constant. Errors cannot always be efficiently removed.
【0039】また、高精度な光ファイバジャイロでは、
ランダムウォーク値の低減が望まれている。ここで、ラ
ンダムウォーク値とは、干渉光の光強度信号のS/N比
を示す値であり、該信号に含まれるランダムノイズ成分
の実行値で定義される。In a high-precision optical fiber gyro,
It is desired to reduce the random walk value. Here, the random walk value is a value indicating an S / N ratio of a light intensity signal of the interference light, and is defined by an execution value of a random noise component included in the signal.
【0040】1986年のSPIEコンファレンスで紹
介されたH.C.Lefevre等による文献「Intergrated Optic
s: A Practical Solution For Fiber-Optic Gyroscop
e」や米国特許第5530545号では、ランダムウォ
ーク値を最小にするための位相変調信号の振幅は、π/
2からπ未満の範囲にある旨、報告されている。The article "Intergrated Optic" by HC Lefevre et al., Introduced at the 1986 SPIE conference
s: A Practical Solution For Fiber-Optic Gyroscop
e "and US Pat. No. 5,530,545, the amplitude of the phase modulation signal for minimizing the random walk value is π /
It is reported to be in the range of 2 to less than π.
【0041】しかしながら、このランダムウォーク値
は、干渉光の光強度値をパラメータとする関数であり、
この光強度値が変化すれば、ランダムウォーク値を最小
にするための位相変調振幅も変化する。上記従来の技術
で説明したディジタル方式の光ファイバジャイロや、米
国特許第5530545号などでは、光ファイバループ
を互いに反対方向に伝搬する2つの光を生成するために
用いる光源の出力特性の変化やその他の影響などによる
干渉光の光強度値の変化を何ら考慮しておらず、予め定
められた位相変調振幅となるように位相変調信号を生成
している。このため、ランダムウォーク値を十分に低減
することができない。However, the random walk value is a function using the light intensity value of the interference light as a parameter.
If this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. In the digital optical fiber gyro described in the above-mentioned prior art, and in US Pat. No. 5,530,545, the output characteristics of a light source used to generate two lights propagating in opposite directions through an optical fiber loop, and the like, are changed. No consideration is given to a change in the light intensity value of the interference light due to the influence of the above, and the phase modulation signal is generated so as to have a predetermined phase modulation amplitude. For this reason, the random walk value cannot be sufficiently reduced.
【0042】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、その目的は、変調信号による位相シフトの際
に発生する光スパイクによる影響を除去することがで
き、これにより、正確な変調制御を可能として、ジャイ
ロ出力のスケールファクタ特性を向上させることが可能
な光ファイバジャイロを提供することにある。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to eliminate the influence of an optical spike generated at the time of phase shift by a modulation signal, thereby achieving accurate modulation control. To provide an optical fiber gyro capable of improving the scale factor characteristic of the gyro output.
【0043】また、常に、ランダムウォークによる影響
が最小となる位相変調振幅となるように、位相変調信号
を生成することができるディジタル方式の光ファイバジ
ャイロを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a digital optical fiber gyro that can always generate a phase modulation signal so that the phase modulation amplitude minimizes the influence of the random walk.
【0044】[0044]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光ファイバループを互いに反対方向に伝
搬する2つの光を再結合することで得られる干渉光のサ
ニャック位相差に応じた回転角速度または回転角度を検
出する光ファイバジャイロであって、位相変調信号と、
位相変調の動作点切換信号と、サニャック位相差を打ち
消すためのセロダイン信号と、の合成信号を生成する信
号生成手段と、前記信号生成手段で生成された合成信号
にしたがい、前記光ファイバループを伝搬する2つの光
を各々位相変調する位相変調器と、を備え、前記信号生
成手段は、前記光ファイバループでの光の伝搬時間をτ
とした場合、前記干渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の整数 振幅 :θ となるように、前記位相変調器に位相変調を行わせる矩
形波の位相変調信号と、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように、前記位相変調器に位相変調を行わせる矩
形波の位相変調の動作点切換信号と、 各階段の継続時間:τ/n、nは1以上の整数 の階段状のセロダイン信号と、の合成信号を、位相変調
信号による+θの位相シフトと、位相変調の動作点切換
信号による+γの位相シフトとが同期するようにして生
成することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a Sagnac phase difference of interference light obtained by recombining two lights propagating in opposite directions through an optical fiber loop. An optical fiber gyro for detecting a rotation angular velocity or a rotation angle, and a phase modulation signal,
A signal generating means for generating a composite signal of an operating point switching signal for phase modulation and a serrodyne signal for canceling a Sagnac phase difference; and a signal propagating through the optical fiber loop according to the composite signal generated by the signal generating means. And a phase modulator for phase-modulating each of the two lights to be performed, wherein the signal generation unit sets the propagation time of the light in the optical fiber loop to τ.
And a phase modulation signal of a rectangular wave for causing the phase modulator to perform phase modulation such that the phase difference of the interference light is: frequency: m / 2τ, m is an integer equal to or greater than 2; Frequency: 1 / 2τ Amplitude: γ = kπ, where k is an integer of 1 or more, a square wave phase modulation operating point switching signal for causing the phase modulator to perform phase modulation, and duration of each step: The combined signal of the stepped serrodyne signal and τ / n and n is an integer of 1 or more is synchronized so that the phase shift of + θ by the phase modulation signal and the phase shift of + γ by the operation point switching signal of the phase modulation are synchronized. Is generated.
【0045】本発明では、上記の条件を満たす位相変調
信号および位相変調の動作点切換信号を用いている。そ
して、位相変調信号による+θ(−θ)の位相シフト
と、位相変調の動作点切換信号による+γ(−γ)の位
相シフトとが同期するように両者を合成している。In the present invention, a phase modulation signal satisfying the above conditions and a phase modulation operating point switching signal are used. Then, both are combined so that the phase shift of + θ (−θ) by the phase modulation signal and the phase shift of + γ (−γ) by the operation point switching signal of the phase modulation are synchronized.
【0046】このため、光ファイバループを互いに反対
方向に伝搬する2つの光を再結合することで得られた干
渉光に含まれる光スパイク(位相シフトによって生ずる
スパイク状のノイズ)の、位相シフト終了時における向
き(波形が鈍る部分)が、常に一定になる。Therefore, the phase shift end of the optical spike (spike noise generated by the phase shift) included in the interference light obtained by recombining the two lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions to each other. The direction at the time (the portion where the waveform is dull) is always constant.
【0047】本発明による変調位相差の一例を図1に示
す。ここでは、位相変調信号として、干渉光の位相差
が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせるものを用い、位相変調
の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせるものを用いた場合の変
調位相差を示している。FIG. 1 shows an example of the modulation phase difference according to the present invention. Here, as the phase modulation signal, a signal that performs phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 is used. The figure shows a modulation phase difference when a signal that performs phase modulation is used as the operating point switching signal so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) .
【0048】図1に示す例では、γ+θ→γ−θ、γ−
θ→−γ−θ、−γ−θ→−γ+θ、−γ+θ→γ+θ
の位相シフトのときに生ずる光スパイクは、位相シフト
終了時における向き(波形が鈍る部分)がすべて下から
上に向かう向きになる。In the example shown in FIG. 1, γ + θ → γ−θ, γ−
θ → −γ−θ, −γ−θ → −γ + θ, −γ + θ → γ + θ
In the optical spike generated at the time of the phase shift, the direction at the end of the phase shift (the portion where the waveform is dull) is all the upward direction from the bottom.
【0049】これらの光スパイクを含んだ検出光信号に
おいて、1次ローパスフィルタにより1/2τの周波数
帯域制限を行った後、A/D変換器によりサンプリング
する場合と、1次ローパスフィルタにより1/τの周波
数帯域制限を行った後、A/D変換器によりサンプリン
グする場合とを一例として、図31および図32に示
す。In the detection optical signal including these optical spikes, after limiting the frequency band of ττ by the primary low-pass filter and then sampling by the A / D converter, 1 / FIGS. 31 and 32 show, as an example, a case in which sampling is performed by an A / D converter after the τ frequency band is limited.
【0050】これらの信号波形は、サニャック位相差及
び変調ゲイン誤差をともに零とした場合であるが、τ/
2毎に変動する交流信号が現れている。これは、上記光
スパイク波形が帯域制限フイルタにより鈍らされた結
果、生じているものである。These signal waveforms are obtained when both the Sagnac phase difference and the modulation gain error are set to zero.
An alternating signal that fluctuates every two appears. This is a result of the optical spike waveform being dulled by the band limiting filter.
【0051】なお、図中のSP1〜SP4は、A/D変
換器によるサンプリングポイントの一例である。サニャ
ック位相差は、τ離れたサンプル同士の差、すなわち、
(SP1−SP3)、(SP2−SP4)の復調処理に
より検出されるため、光スパイクの影響は、この処理を
通し相殺され除去される。Note that SP1 to SP4 in the drawing are examples of sampling points by the A / D converter. The Sagnac phase difference is the difference between samples τ apart,
Since it is detected by the demodulation processing of (SP1-SP3) and (SP2-SP4), the influence of the optical spike is canceled and eliminated through this processing.
【0052】変調ゲイン誤差は、τ/2離れたサンプル
同士の差、すなわち(SP1−SP2)、(SP3−S
P4)の復調処理により検出されるが、図1に示したよ
うに、光スパイクの向きは常に同一方向となるよう位相
変調が印加されているため、帯域制限フィルタを通過し
た後の光スパイクの鈍りの影響は、サンプリングポイン
ト付近で常にほぼ一定となる。この特性により上記復調
処理を通し光スパイクの影響を相殺させ除去することが
可能となり、より正確な変調制御が行われ、ジャイロの
スケールファクタ誤差を低減することができる。The modulation gain error is the difference between samples separated by τ / 2, that is, (SP1-SP2), (SP3-S
Although the phase is detected by the demodulation process of P4), as shown in FIG. 1, since the phase modulation is applied so that the directions of the optical spikes are always in the same direction, the optical spikes after passing through the band limiting filter are applied. The effect of the dulling is almost always constant near the sampling point. This characteristic makes it possible to cancel out and remove the influence of the optical spike through the demodulation processing, perform more accurate modulation control, and reduce the gyro scale factor error.
【0053】また、上記光スパイクの鈍りの影響は、図
31および図32に示したサンプリングポイント以外の
点においても、広くほぼ一定となっているため、サンプ
リングポイントを任意に選択することが可能であるとい
う利点を有する。The effect of the dulling of the optical spike is also substantially constant at points other than the sampling points shown in FIGS. 31 and 32, so that the sampling points can be arbitrarily selected. It has the advantage of being.
【0054】さらに、帯城制限を行わず、広帯域信号に
対しオーバサンプリングする場合においても、D/A変
換器等の遅延時間やセトリング時間、および干渉光の光
強度変化を検出する受光器や電流/電圧変換器等でのフ
ィルタ効果等により波形が鈍るが、光スパイクの影響
は、τ/m毎にほぼ対称となっているため、上述したよ
うに、光スパイクの影響を相殺させ除去することが可能
であり、正確な変調制御が行われ、ジャイロのスケール
ファクタ誤差を低減することができる。さらに、サンプ
リングポイントを任意に選択することが可能であるとい
う利点を有する。このように、光スパイクの向きが常に
一定になるよう位相変調を行うことにより、検出光信号
に含まれる光スパイクによる誤差が一定となり、復調処
理を通して上記誤差が相殺、除去されるので、正確な変
調制御を行うことが可能となり、ジャイロのスケールフ
ァクタ誤差を低減することができる。Further, even when oversampling a wideband signal without band limitation, even when a D / A converter or the like has a delay time and a settling time, a photodetector for detecting a change in the light intensity of interference light, a current receiver, and the like. Although the waveform becomes dull due to the filter effect in the voltage converter, etc., the effect of the optical spike is almost symmetrical for each τ / m, so as described above, the effect of the optical spike must be canceled out and removed. It is possible to perform accurate modulation control and reduce a gyro scale factor error. Further, there is an advantage that the sampling point can be arbitrarily selected. As described above, by performing the phase modulation so that the direction of the optical spike is always constant, the error due to the optical spike included in the detection optical signal becomes constant, and the error is canceled and removed through the demodulation process. Modulation control can be performed, and a gyro scale factor error can be reduced.
【0055】なお、本発明において、前記信号生成手段
は、干渉光の光強度値に応じて位相変調の振幅θを変え
るように位相変調信号を生成するものでもよい。In the present invention, the signal generating means may generate a phase modulation signal so as to change the phase modulation amplitude θ according to the light intensity value of the interference light.
【0056】たとえば、光強度と位相変調の振幅θとの
対応関係を示すテーブルを記憶する手段を設け、前記テ
ーブルを参照することで、干渉光の光強度値に応じた位
相変調の振幅θとなるように、位相変調信号を生成する
ようにしてもよい。For example, there is provided means for storing a table indicating the correspondence between the light intensity and the amplitude θ of the phase modulation, and by referring to the table, the amplitude θ of the phase modulation and the amplitude θ corresponding to the light intensity value of the interference light are provided. Thus, a phase modulation signal may be generated.
【0057】上述したように、ランダムウォーク値は、
干渉光の光強度値をパラメータとする関数であり、この
光強度値が変化すれば、ランダムウォーク値を最小にす
るための位相変調振幅も変化する。したがって、上記の
ようにすることで、常に、ランダムウォークによる影響
が最小となる位相変調振幅となるように、位相変調信号
を生成することが可能となる。As described above, the random walk value is
This is a function using the light intensity value of the interference light as a parameter. If this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. Therefore, by performing the above, it is possible to always generate the phase modulation signal such that the phase modulation amplitude is such that the influence of the random walk is minimized.
【0058】また、本発明において、前記信号生成手段
に、セロダイン信号生成手段と、前記セロダイン信号生
成手段でのセロダイン信号の生成をリセットするリセッ
ト手段と、をさらに備えてもよい。この場合、前記リセ
ット手段は、前記セロダイン信号による変調位相差の累
積結果が第一の閾値に達すると、干渉光の位相差が−2
πの位相シフトとなるように、前記セロダイン信号生成
手段をリセットし、かつ、前記セロダイン信号による変
調位相差の累積結果が前記第一の閾値よりも2π低い第
二の閾値に達すると、干渉光の位相差が+2πの位相シ
フトとなるように、前記セロダイン信号生成手段をリセ
ットするものでもよい。In the present invention, the signal generation means may further include a serrodyne signal generation means, and reset means for resetting the generation of the serrodyne signal in the serrodyne signal generation means. In this case, when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches the first threshold, the reset means reduces the phase difference of the interference light to -2.
resetting the serrodyne signal generation means so that the phase shift becomes π, and when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches a second threshold value lower by 2π than the first threshold value, the interference light The serrodyne signal generating means may be reset so that the phase difference becomes + 2π.
【0059】このようにした場合、たとえば第一の閾値
を+π、第二の閾値を−πに設定することで、上記従来
の技術で説明したディジタル方式の光ファイバジャイロ
のように、セロダイン信号による変調位相差の累積結果
が±2πに達したときに0にリセットする場合に比べ、
セロダイン信号のピーク−ピーク値を小さくすることが
できる。これにより、消費電力を減らすことができる。In this case, for example, by setting the first threshold value to + π and the second threshold value to -π, a signal based on a cellodyne signal is used as in the digital type optical fiber gyro described in the related art. Compared to the case of resetting to 0 when the accumulation result of the modulation phase difference reaches ± 2π,
The peak-to-peak value of the serrodyne signal can be reduced. Thus, power consumption can be reduced.
【0060】また、たとえば、前記第一の閾値を+2
π、第二の閾値を0に設定することで、セロダイン信号
生成のための電源として、単電源を用いることが可能と
なる。Further, for example, the first threshold is set to +2
By setting π and the second threshold value to 0, a single power supply can be used as a power supply for generating a serrodyne signal.
【0061】[0061]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態につ
いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below.
【0062】図4は、本発明の一実施形態が適用された
ディジタル方式の光ファイバジャイロの概略構成図であ
る。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber gyro to which one embodiment of the present invention is applied.
【0063】ここで、符号500は光干渉計である。光
干渉計500は、光源1、カプラ2、偏光子3、カプラ
4、位相変調器5、および、光ファイバが複数回巻かれ
て構成された光ファイバループ6で構成されている。Here, reference numeral 500 denotes an optical interferometer. The optical interferometer 500 includes a light source 1, a coupler 2, a polarizer 3, a coupler 4, a phase modulator 5, and an optical fiber loop 6 formed by winding an optical fiber a plurality of times.
【0064】光源1には、コヒーレンス長が長いスーパ
ルミネッセントレーザダイオード(SLD)や、SLD
よりもさらに出力強度が高いエルビウムドウプト光ファ
イバ光源(EDFS)などが用いられる。The light source 1 includes a superluminescent laser diode (SLD) having a long coherence length, an SLD
An erbium-doped optical fiber light source (EDFS) having a higher output intensity than that is used.
【0065】なお、一般に、偏光子3、カプラ4、およ
び位相変調器5は、光集積回路(IOC:Integrated O
ptical Circuit)として、一つの基板に集積されてい
る。また、図4では、光ファイバループ6の一端に位相
変調器5を設けているが、これを両端に設け、光ファイ
バループ6に対して互いに逆方向に位相変調を行うよう
にしてもよい。Generally, the polarizer 3, the coupler 4, and the phase modulator 5 are composed of an optical integrated circuit (IOC).
ptical circuits) are integrated on one substrate. Also, in FIG. 4, the phase modulator 5 is provided at one end of the optical fiber loop 6, but it may be provided at both ends to perform phase modulation on the optical fiber loop 6 in opposite directions.
【0066】光源1から発せられた光は、カプラ1およ
び偏光子3を経てカプラ4に入射され、そこで2つの光
に分割される。この2つの光のうちの一方は、光ファイ
バループ6を右回りで伝搬し、位相変調器5で位相変調
された後、カプラ4に戻る。他方は、光ファイバループ
6を左回りで伝搬し、位相変調器5で位相変調された
後、カプラ4に戻る。そして、両者は、カプラ4にて合
波される。これにより、干渉光が形成される。The light emitted from the light source 1 enters the coupler 4 via the coupler 1 and the polarizer 3, where it is split into two lights. One of these two lights propagates clockwise in the optical fiber loop 6, is phase-modulated by the phase modulator 5, and returns to the coupler 4. The other propagates counterclockwise through the optical fiber loop 6, returns to the coupler 4 after being phase-modulated by the phase modulator 5. Then, the two are multiplexed by the coupler 4. Thereby, interference light is formed.
【0067】ここで、光ファイバループ6に回転角速度
Ωが加えられたとする。この際、光ファイバループ6を
互いに反対方向に伝搬している2つの光の間に光路長差
が生じ、結果として位相差が生じる。この位相差は、上
記従来の技術で説明したように、サニャック位相差φs
と呼ばれている。このサニャック位相差φsは、次式で
表される。Here, it is assumed that the rotational angular velocity Ω is applied to the optical fiber loop 6. At this time, an optical path length difference occurs between the two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions, and as a result, a phase difference occurs. This phase difference is equal to the Sagnac phase difference φs
It is called. This Sagnac phase difference φs is expressed by the following equation.
【0068】 φs=(2πDL/λc)Ω (1) ここで、Dは光ファイバループのループ径、Lは光ファ
イバ長、λは光源1から発せられる光の波長、そして、
cは光速である。Φs = (2πDL / λc) Ω (1) where D is the loop diameter of the optical fiber loop, L is the optical fiber length, λ is the wavelength of light emitted from the light source 1, and
c is the speed of light.
【0069】また、干渉光の強度Pとサニャック位相差
φsとは、次式の関係がある。The intensity P of the interference light and the Sagnac phase difference φs have the following relationship.
【0070】 P=(P0/2)(1+cosφs) (2) ここで、P0は、干渉光の強度のピーク値である。[0070] P = (P 0/2) (1 + cosφs) (2) where, P 0 is the peak value of the intensity of the interference light.
【0071】さて、カプラ4で形成された干渉光は、受
光器7で受光され、干渉光の強度に応じた電流信号に変
換される。この電流信号は、電流/電圧(I/V)変換
器8にて、電圧信号に変換された後、広帯域の増幅器9
で増幅される。The interference light formed by the coupler 4 is received by the light receiver 7 and converted into a current signal according to the intensity of the interference light. This current signal is converted into a voltage signal by a current / voltage (I / V) converter 8 and then converted to a wideband amplifier 9.
Amplified by
【0072】増幅器9で増幅された電圧信号は、光強度
検出のためのA/D変換器32にて、水晶発振器、FP
GA等で構成された基準信号発生器300からのサンプ
リング信号Fにしたがい、サンプリングされて、ディジ
タル信号に変換される。なお、光源1の出力変化などに
よる干渉光の光強度値の変化は、温度や経年変化による
ものと考えられている。したがって、数msecオーダ
のサンプリングであれば、干渉光の光強度値の変化を検
出することが可能である。このため、光強度検出用のA
/D変換器32には、低速、低消費電力、小型かつ低価
格のA/D変換器を用いることができる。The voltage signal amplified by the amplifier 9 is converted by an A / D converter 32 for detecting light intensity into a crystal oscillator, FP
According to a sampling signal F from a reference signal generator 300 composed of a GA or the like, the signal is sampled and converted into a digital signal. It is considered that a change in the light intensity value of the interference light due to a change in the output of the light source 1 or the like is due to a temperature or aging. Therefore, if sampling is on the order of several msec, it is possible to detect a change in the light intensity value of the interference light. For this reason, A for light intensity detection
As the / D converter 32, a low-speed, low-power-consumption, small-sized and low-cost A / D converter can be used.
【0073】また、増幅器9で増幅された電圧信号は、
ハイパスフィルタや直流オフセット加算器により構成さ
れた直流除去器20により直流成分が除去された後、広
帯域の増幅器22で増幅される。その後、セロダイン制
御および変調制御のためのA/D変換器26に入力さ
れ、そこで、基準信号発生器300からのサンプリング
信号Dにしたがい、サンプリングされて、ディジタル信
号に変換される。The voltage signal amplified by the amplifier 9 is
After a DC component is removed by a DC remover 20 constituted by a high-pass filter and a DC offset adder, the DC component is amplified by a wideband amplifier 22. Thereafter, the signal is input to an A / D converter 26 for serrodyne control and modulation control, where it is sampled according to a sampling signal D from a reference signal generator 300 and converted into a digital signal.
【0074】サンプリング方法は、サンプリング定理に
基づき、信号に対し、1/(2T)[Hz]の帯域制限
を行った後、1/T[Hz]の周波数でサンプリングを
行う方法と、信号帯域を特に制限せず広帯域とし、その
帯域より十分高い周波数によりサンプリングを行うオー
バサンプリング法とがある。The sampling method is based on the sampling theorem, which limits the band of the signal to 1 / (2T) [Hz] and then performs sampling at a frequency of 1 / T [Hz]. There is an oversampling method in which a wide band is used without any particular limitation and sampling is performed at a frequency sufficiently higher than the band.
【0075】後者は、サンプル数および信号処理の大幅
な増加を伴い、さらに高周波電磁ノイズの影響を受け易
い等の問題を有する。The latter involves the problems that the number of samples and the signal processing are greatly increased, and that the latter is susceptible to high-frequency electromagnetic noise.
【0076】それに対し、前者は、サンプル数と信号処
理の省力化が可能であり、さらに高周波電磁ノイズを帯
域制限フィルタにより容易に除去することが可能である
ため、より安定な回転角速度または回転角度検出を行う
ディジタル方式の光ファイバジャイロにおいて極めて有
効な方法である。On the other hand, in the former, since the number of samples and signal processing can be reduced, and high-frequency electromagnetic noise can be easily removed by a band limiting filter, a more stable rotation angular velocity or rotation angle can be obtained. This is an extremely effective method in a digital optical fiber gyro for detection.
【0077】信号の帯域制限は、電流/電圧変換器8、
増幅器9および増幅器22のうち、どの部分で行われて
もよい。The signal band is limited by the current / voltage converter 8,
Any of the amplifier 9 and the amplifier 22 may be performed.
【0078】光ファイバジャイロは、その要求性能に応
じて、様々な光ファイバループ径Dと光ファイバ長Lが
用いられる。低精度な光ファイバジャイロから高精度な
光ファイバジャイロにおいて、一般的に、光ファイバ長
Lは、100m〜2km程度である。これらの光ファイ
バループの伝播時間τは、後述する式より、約0.5μ
s〜10μsである。The optical fiber gyro uses various optical fiber loop diameters D and optical fiber lengths L according to the required performance. In general, from a low-precision optical fiber gyro to a high-precision optical fiber gyro, the optical fiber length L is about 100 m to 2 km. The propagation time τ of these optical fiber loops is about 0.5 μ
s to 10 μs.
【0079】A/D変換器26は、1/τ以上のサンプ
リング周波数が要求されるため、サンプリング定理に基
づく帯域制限をした場合においても、高速のA/D変換
及び信号処理が必要とされる。Since the A / D converter 26 is required to have a sampling frequency of 1 / τ or more, even when the band is limited based on the sampling theorem, high-speed A / D conversion and signal processing are required. .
【0080】ディジタル信号処理器100は、DSPな
どの計算機、あるいはASIC、FPGAなどの集積ロ
ジックICで構成される。このディジタル信号処理器1
00は、干渉光のサニャック位相差φsに応じたジャイ
ロ出力(角速度あるいは角度)を算出する。The digital signal processor 100 is composed of a computer such as a DSP or an integrated logic IC such as an ASIC or an FPGA. This digital signal processor 1
00 calculates the gyro output (angular velocity or angle) according to the Sagnac phase difference φs of the interference light.
【0081】また、ディジタル信号処理器100は、光
ファイバループ6での光の伝搬時間をτとした場合、干
渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の整数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように位相変調の動作点切り換えを行わせる矩形
波の動作点切換信号と、光ファイバジャイロ6への入力
角速度に応じたサニャック位相差φsと同量、異符号の
位相差を生じさせる、各階段の継続時間がτ/n(ただ
し、nは1以上の整数)の階段状のセロダイン信号と、
の合成信号を、位相変調信号による+θ(−θ)の位相
シフトと、位相変調の動作点切換信号による+γ(−
γ)の位相シフトとが同期するようにして生成する。When the propagation time of light in the optical fiber loop 6 is τ, the digital signal processor 100 determines that the phase difference of the interference light is: frequency: m / 2τ, and m is an integer of 2 or more Amplitude: θ And a rectangular wave phase modulation signal for switching the operating point of the phase modulation so that the frequency is 1 / 2τ, the amplitude is γ = kπ, and k is an integer of 1 or more. An operating point switching signal and a Sagnac phase difference φs corresponding to the input angular velocity to the optical fiber gyro 6 produce a phase difference of the same amount and a different sign, and the duration of each step is τ / n (where n is 1 or more) Integer), a stepped serrodyne signal,
Are combined with a phase shift signal of + θ (−θ) by the phase modulation signal and a + γ (−
γ) is generated in synchronization with the phase shift.
【0082】ここで、位相変調信号による位相シフトの
振幅θは、干渉光の光強度値に応じて、ランダムウォー
ク値が最小となるように決定される。上記発明が解決し
ようとする課題で説明したように、ランダムウォーク値
を最小にするための位相変調信号の振幅は、π/2から
π未満の範囲にあると云われている。そして、このラン
ダムウォーク値は、干渉光の光強度値をパラメータとす
る関数であり、この光強度値が変化すれば、ランダムウ
ォーク値を最小にするための位相変調振幅も変化する。Here, the amplitude θ of the phase shift by the phase modulation signal is determined according to the light intensity value of the interference light so that the random walk value is minimized. As described in the problem to be solved by the invention, it is said that the amplitude of the phase modulation signal for minimizing the random walk value is in the range from π / 2 to less than π. The random walk value is a function using the light intensity value of the interference light as a parameter. If the light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes.
【0083】そこで、本実施形態では、予め用意され
た、干渉光の光強度値とランダムウォーク値を最小にす
るための位相変調振幅θとの関係を示すテーブルを参照
して、干渉計500の検出結果から求まる干渉光の光強
度値に対応する振幅θを決定している。Therefore, in the present embodiment, the interferometer 500 is referenced with reference to a table prepared in advance showing the relationship between the light intensity value of the interference light and the phase modulation amplitude θ for minimizing the random walk value. The amplitude θ corresponding to the light intensity value of the interference light obtained from the detection result is determined.
【0084】なお、光ファイバループ6の光ファイバ長
をL、光ファイバループ6を構成する光ファイバの屈折
率n0、光速をcとした場合、伝搬時間τは、次式で表
される。When the length of the optical fiber of the optical fiber loop 6 is L, the refractive index of the optical fiber constituting the optical fiber loop 6 is n 0 , and the speed of light is c, the propagation time τ is expressed by the following equation.
【0085】 τ=n0L/c (3) また、セロダイン信号は、その出力を無限に大きくする
ことができないため、セロダイン信号による変調位相差
の累積結果が第一の閾値(たとえば+π)に達すると、
干渉光の位相差が−2πの位相シフトとなるようにセロ
ダイン信号をリセットし、かつ、セロダイン信号による
変調位相差の累積結果が第一の閾値よりも2π低い第二
の閾値に達すると、干渉光の位相差が+2πの位相シフ
トとなるように、セロダイン信号をリセットしている。Τ = n 0 L / c (3) Further, since the output of the serrodyne signal cannot be increased indefinitely, the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal is equal to the first threshold value (for example, + π). When it reaches
When the serrodyne signal is reset so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of −2π, and the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches a second threshold value lower by 2π than the first threshold value, the interference occurs. The serrodyne signal is reset so that the phase difference of the light becomes a phase shift of + 2π.
【0086】ディジタル信号処理器100から出力され
た合成信号(位相変調信号、位相変調の動作点切換信号
およびセロダイン信号の合計)は、D/A変換器10に
てアナログ信号に変換された後、ドライバ11を介して
位相変調器5に入力される。The composite signal (total of the phase modulation signal, the phase modulation operating point switching signal and the serrodyne signal) output from the digital signal processor 100 is converted into an analog signal by the D / A converter 10, and The signal is input to the phase modulator 5 via the driver 11.
【0087】これを受けて、位相変調器5は、光ファイ
バループ6を互い反対方向に伝搬する2つの光に対し
て、位相変調信号、位相変調の動作点切換信号およびセ
ロダイン信号の合成信号に応じた位相変調を各々行う。In response to this, the phase modulator 5 converts the two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions into a combined signal of a phase modulation signal, a phase modulation operating point switching signal, and a serrodyne signal. Each phase modulation is performed accordingly.
【0088】本実施形態では、上述の条件を満たす位相
変調信号および位相変調の動作点切換信号を用いてい
る。そして、位相変調信号による+θ(−θ)の位相シ
フトと、位相変調の動作点切換信号による+γ(−γ)
の位相シフトとが同期するように両者を合成している。
このため、光ファイバループを互いに反対方向に伝搬す
る2つの光を再結合することで得られた干渉光に含まれ
る光スパイク(位相シフトによって生ずるスパイク状の
ノイズ)の、位相シフト終了時における向き(波形がな
まる部分)が、常に一定になる。In this embodiment, a phase modulation signal that satisfies the above-mentioned conditions and a phase modulation operating point switching signal are used. Then, a phase shift of + θ (−θ) by the phase modulation signal and + γ (−γ) by the operation point switching signal of the phase modulation.
Are combined such that the phase shift of the two is synchronized.
For this reason, the direction at the end of the phase shift of the optical spike (spike noise generated by the phase shift) included in the interference light obtained by recombining the two lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions. (The portion where the waveform becomes blunt) is always constant.
【0089】図1は、位相変調信号として、干渉光の位
相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を示している。FIG. 1 shows a rectangular modulation signal which is phase-modulated as a phase modulation signal so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using signals,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) as the operating point switching signal of the phase modulation The phase difference is shown.
【0090】この場合、γ+θ→γ−θ、γ−θ→−γ
−θ、−γ−θ→−γ+θ、−γ+θ→γ+θの位相シ
フトのときに生ずる光スパイクは、図1の検出光の強度
−時間特性の波形に示すように、位相シフト終了時にお
ける光スパイクの向き(波形が鈍る部分)が、すべて下
から上に向かう向きになる。In this case, γ + θ → γ−θ, γ−θ → −γ
The optical spike generated at the time of the phase shift of −θ, −γ−θ → −γ + θ, −γ + θ → γ + θ is the optical spike at the end of the phase shift as shown in the waveform of the intensity-time characteristic of the detection light in FIG. (Portions where the waveform is dull) are all directed upward from the bottom.
【0091】図2は、位相変調信号として、干渉光の位
相差が、 周波数:3/2τ(m=3) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を示している。FIG. 2 is a diagram showing a phase modulation signal of a rectangular wave for performing phase modulation such that the phase difference of the interference light is as follows: frequency: 3 / 2τ (m = 3) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using signals,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) as the operating point switching signal of the phase modulation The phase difference is shown.
【0092】この場合、γ+θ→γ−θ、γ−θ→−γ
−θ、−γ−θ→−γ+θ、−γ+θ→γ+θの位相シ
フトのときに生ずる光スパイクは、図2の検出光の強度
−時間特性の波形に示すように、位相シフト終了時にお
ける光スパイクの向き(波形がなまる部分)が、すべて
下から上に向かう向きになる。In this case, γ + θ → γ−θ, γ−θ → −γ
The optical spike generated at the time of the phase shift of −θ, −γ−θ → −γ + θ, −γ + θ → γ + θ is the optical spike at the end of the phase shift as shown in the waveform of the intensity-time characteristic of the detection light in FIG. (The part where the waveform is rounded) is the direction from bottom to top.
【0093】図3は、位相変調信号として、干渉光の位
相差が、 周波数:2/τ(m=4) 振幅 :π/2≦θ<π となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=2π(k=2) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を示している。FIG. 3 shows a phase modulation signal of a rectangular wave for performing phase modulation such that the phase difference of the interference light becomes frequency: 2 / τ (m = 4) amplitude: π / 2 ≦ θ <π Using signals,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = 2π (k = 2) as the operating point switching signal of the phase modulation The phase difference is shown.
【0094】この場合、γ+θ→γ−θ、γ−θ→−γ
−θ、−γ−θ→−γ+θ、−γ+θ→γ+θの位相シ
フトのときに生ずる光スパイクは、図3の検出光の強度
−時間特性の波形に示すように、位相シフト終了時にお
ける光スパイクの向き(波形が鈍る部分)が、すべて上
から下に向かう向きになる。In this case, γ + θ → γ−θ, γ−θ → −γ
The optical spike generated at the time of the phase shift of −θ, −γ−θ → −γ + θ, −γ + θ → γ + θ is the optical spike at the end of the phase shift as shown in the waveform of the intensity-time characteristic of the detection light in FIG. (The portion where the waveform is dull) is the direction from top to bottom.
【0095】図1〜図3は一例であるが、本実施形態に
よれば、位相シフト終了時における光スパイクの向き
(波形が鈍る部分)が、すべて同じ向きになる。FIGS. 1 to 3 are examples, but according to the present embodiment, the directions of the optical spikes (portions where the waveform is dull) at the end of the phase shift are all the same.
【0096】たとえば、図示しないが、位相変調信号と
して、干渉光の位相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :π/2≦θ<π となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=2π(k=2) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合、γ+θ→γ−θ、γ−θ→−γ−θ、−γ−θ→
−γ+θ、−γ+θ→γ+θの位相シフトのときに生ず
る光スパイクは、位相シフト終了時における光スパイク
の向き(波形が鈍る部分)が、すべて上から下に向かう
向きになる。For example, although not shown, a rectangle for performing phase modulation as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / τ (m = 2) Amplitude: π / 2 ≦ θ <π Using wave signals,
When a rectangular wave signal for performing phase modulation is used as the operating point switching signal of the phase modulation so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = 2π (k = 2), γ + θ → γ-θ, γ-θ → -γ-θ, -γ-θ →
As for the optical spikes generated when the phase shift is −γ + θ, −γ + θ → γ + θ, the directions of the optical spikes (portions where the waveform is dull) at the end of the phase shift are all directed downward from the top.
【0097】このように、本実施形態では、位相シフト
終了時における光スパイクの向き(波形が鈍る部分)が
常に一定となる。このため、検出光信号に含まれる光ス
パイクによる誤差が常に一定となるので、変調制御での
復調処理により上記誤差が相殺、除去され、より正確な
変調制御が可能となる。ひいては、ジャイロのスケール
ファクタ誤差を低減することが可能となる。As described above, in the present embodiment, the direction of the optical spike (the portion where the waveform becomes dull) at the end of the phase shift is always constant. For this reason, the error due to the optical spike included in the detection light signal is always constant, and the error is canceled or removed by the demodulation processing in the modulation control, and more accurate modulation control can be performed. As a result, the scale factor error of the gyro can be reduced.
【0098】また、本実施形態では、干渉光の光強度値
を検出し、テーブルを参照して、当該値に応じた位相変
調振幅θを行うように位相変調信号を生成している。こ
のようにすることで、常に、ランダムウォークによる影
響を抑制することができる。In the present embodiment, the light intensity value of the interference light is detected, and the phase modulation signal is generated so as to perform the phase modulation amplitude θ according to the detected value with reference to the table. By doing so, it is possible to always suppress the influence of the random walk.
【0099】次に、本実施形態の主要な構成であるディ
ジタル信号処理器100について、詳しく説明する。Next, the digital signal processor 100 which is a main configuration of the present embodiment will be described in detail.
【0100】なお、以下に説明するディジタル信号処理
器の各構成は、ASIC、FPGAなどの集積ロジック
ICによりハード的に実行されるものでもよいし、ある
いは、DSPなど計算機によりソフトウエア的に実行さ
れるものでもよい。また、各構成での具体的な処理は、
以下に説明するものに限定されるものではなく、同じ機
能を実現できるものではれば、どのようなものであって
もよい。The components of the digital signal processor described below may be executed in hardware by an integrated logic IC such as ASIC or FPGA, or may be executed in software by a computer such as DSP. It may be something. Also, the specific processing in each configuration is
The present invention is not limited to those described below, but may be any as long as the same function can be realized.
【0101】まずは、位相変調信号による位相変調周波
数(m/2τ)を特定するmが2以上の偶数の場合(た
とえば、図1、図3の場合)における、ディジタル信号
処理器100aについて説明する。First, the digital signal processor 100a in the case where m for specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an even number of 2 or more (for example, in FIGS. 1 and 3) will be described.
【0102】図5は、位相変調信号による位相変調周波
数(m/2τ)を特定するmが2以上の偶数の場合にお
ける、ディジタル信号処理器100aの概略構成図であ
る。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100a when m for specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an even number of 2 or more.
【0103】このディジタル信号処理器100aは、図
5に示すように、信号処理部110aと、セロダイン制
御部140と、変調制御部170aと、光強度演算部2
10と、ジャイロ出力演算部240と、でなる。As shown in FIG. 5, the digital signal processor 100a includes a signal processor 110a, a serrodyne controller 140, a modulation controller 170a, and a light intensity calculator 2a.
10 and a gyro output operation unit 240.
【0104】信号処理部110aは、A/D変換器32
から出力された信号のゲインを調節する。また、A/D
変換器26から出力された信号のゲインを調節し、これ
を復調する。The signal processing section 110a is provided with the A / D converter 32
Adjust the gain of the signal output from. A / D
The gain of the signal output from the converter 26 is adjusted and demodulated.
【0105】図6は、図5に示す信号処理部110aの
概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the signal processing section 110a shown in FIG.
【0106】乗算器136は、A/D変換器32の出力
信号と光強度演算部210から出力されたAGC(Auto
matic Gain Control)信号との乗算を行う。これによ
り、A/D変換器32の出力信号のゲインを常に一定に
なるように調整して、光強度演算部210にて、安定し
た光強度演算を行えるようにする。The multiplier 136 outputs the output signal of the A / D converter 32 and the AGC (Auto
matic Gain Control). Thereby, the gain of the output signal of the A / D converter 32 is adjusted to be always constant, and the light intensity calculation unit 210 can perform stable light intensity calculation.
【0107】乗算器134は、A/D変換器26の出力
信号と光強度演算部210からのAGC信号との乗算を
行う。これにより、A/D変換器26の出力信号のゲイ
ンを常に一定になるように調整して、セロダイン制御部
140および変調制御部170aにて、安定した信号生
成を行えるようにする。The multiplier 134 multiplies the output signal of the A / D converter 26 by the AGC signal from the light intensity calculator 210. Thus, the gain of the output signal of the A / D converter 26 is adjusted to be always constant, and the serrodyne control unit 140 and the modulation control unit 170a can perform stable signal generation.
【0108】第1復調器112aは、基準信号発生器3
00で生成された、位相変調信号の周波数m/2τ(m
は2以上の偶数)と同じ周波数の基準信号Bにより、乗
算器134の出力信号を復調する。たとえば、図1に示
す例では、m=2なので、周波数1/τの基準信号Bに
より乗算器134の出力信号を復調することになる。The first demodulator 112a is connected to the reference signal generator 3
00, the frequency m / 2τ (m
Demodulates the output signal of the multiplier 134 with the reference signal B having the same frequency as that of the even signal of 2 or more. For example, in the example shown in FIG. 1, since m = 2, the output signal of the multiplier 134 is demodulated by the reference signal B having the frequency 1 / τ.
【0109】なお、A/D変換器26でのサンプリング
間隔がτ/mより短い場合、すなわちサンプリング点が
τ/m期間中に2カ所以上ある場合は、A/D変換器2
6と第1復調器112aとの間に平均化処理を行うフィ
ルタを設け、第1復調器112aへの入力信号がτ/m
間隔で出力されるようにする。If the sampling interval in the A / D converter 26 is shorter than τ / m, that is, if there are two or more sampling points during the τ / m period, the A / D converter 2
6 and a filter for performing an averaging process are provided between the first demodulator 112a and the first demodulator 112a.
Output at intervals.
【0110】この復調器は、たとえば乗算器で構成され
る。This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
【0111】第2復調器114aは、基準信号発生器3
00で生成された、位相変調信号の動作点切換信号の周
波数1/2τと同じ周波数の基準信号Aにより、第1復
調器112aの出力信号を復調する。この復調器は、た
とえば乗算器で構成される。The second demodulator 114a is connected to the reference signal generator 3
The output signal of the first demodulator 112a is demodulated by the reference signal A generated at 00 and having the same frequency as the frequency 1 / 2τ of the operating point switching signal of the phase modulation signal. This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
【0112】τ遅延器116aは、第2復調器114a
の出力を時間τだけ遅延させる。The τ delay unit 116a is connected to the second demodulator 114a
Is delayed by time τ.
【0113】加算器118aは、第2復調器114aの
出力とτ遅延器116aの出力とを加算する。この加算
結果は、セロダイン制御部140を含む閉ループである
セロダイン制御系の偏差信号である。この偏差信号は、
位相変調信号(周波数m/2τ)に同期して、すなわ
ち、τ/mの時間間隔で生成され、セロダイン制御部1
40へ出力される。An adder 118a adds the output of the second demodulator 114a and the output of the τ delay 116a. The result of the addition is a deviation signal of the serrodyne control system which is a closed loop including the serrodyne control unit 140. This deviation signal is
Generated in synchronization with the phase modulation signal (frequency m / 2τ), that is, at time intervals of τ / m,
Output to 40.
【0114】なお、τ遅延器116aと加算器118a
とは、逐次デモジュレータを構成している。The τ delay unit 116a and the adder 118a
Constitutes a sequential demodulator.
【0115】ここで、図1に示すような位相変調動作に
おいて、光ファイバループ6に角速度が入力され、サニ
ャック位相差φsが生じた場合を想定する。この場合、
変調位相差は図7に示すようになる。Here, in the phase modulation operation shown in FIG. 1, it is assumed that an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sagnac phase difference φs occurs. in this case,
The modulation phase difference is as shown in FIG.
【0116】図7に示すように、単に、A/D変換器2
6の出力を第1復調器112aにより位相変調信号の周
波数で復調し、この復調結果とτ遅延器116aにより
τ時間遅延された第1復調器112aの復調結果とを加
算しただけでは、セロダイン信号生成のために必要な、
サニャック位相差φsに応じた信号(セロダイン制御系
の偏差信号)を取り出すことができない。As shown in FIG. 7, the A / D converter 2
6 is demodulated by the first demodulator 112a at the frequency of the phase-modulated signal, and the demodulation result and the demodulation result of the first demodulator 112a delayed by τ time by the τ delay unit 116a are simply added to obtain a cellodyne signal. Necessary for generation,
A signal (deviation signal of the serrodyne control system) corresponding to the Sagnac phase difference φs cannot be extracted.
【0117】そこで、本実施形態では、位相変調の動作
点切換信号の周波数で復調を行う第2復調器114aを
設け、A/D変換器26の出力に対して、位相変調信号
の周波数および位相変調の動作点切換信号の周波数で復
調し、この復調結果とτ時間前の復調結果とを加算して
いる。このようにすることで、図7に示すように、サニ
ャック位相差φsに応じた信号を取り出すようにしてい
る。Therefore, in the present embodiment, a second demodulator 114a that performs demodulation at the frequency of the operating point switching signal of the phase modulation is provided, and the frequency and phase of the phase modulated signal are output from the A / D converter 26. The demodulation is performed at the frequency of the modulation operation point switching signal, and the demodulation result and the demodulation result before τ time are added. In this way, as shown in FIG. 7, a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs is extracted.
【0118】なお、この信号処理部110aでは、サニ
ャック位相差φsに応じた信号を取り出す手段として、
τ遅延器116aおよび加算器118aでなる逐次デモ
ジュレータを用いているが、逐次デモジュレータの代わ
りに、A/D変換器26の出力を位相変調信号の周波数
および位相変調の動作点切換信号の周波数で復調した結
果を、2τの時間間隔で平均化する演算器で構成された
デモジュレータを用いてもよい。この場合でも、図7か
ら明らかなように、サニャック位相差φsに応じた信号
を取り出すことができる。The signal processing unit 110a has a means for extracting a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs.
A sequential demodulator consisting of a τ delay unit 116a and an adder 118a is used. Instead of the sequential demodulator, the output of the A / D converter 26 is used as the frequency of the phase modulation signal and the frequency of the phase modulation operating point switching signal. A demodulator composed of an arithmetic unit for averaging the result of demodulation at the time interval of 2τ may be used. Also in this case, as is clear from FIG. 7, a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs can be extracted.
【0119】演算器122aは、基準信号発生器300
にて生成された平均化時間信号Cにより特定される時間
単位で、第1復調器112aの出力信号の平均化処理を
行う。この演算結果は、変調制御部170aを含む閉ル
ープである変調制御系の偏差信号である。この偏差信号
は変調制御部170aへ出力される。The operation unit 122a includes a reference signal generator 300
The averaging process is performed on the output signal of the first demodulator 112a in units of time specified by the averaging time signal C generated in. This calculation result is a deviation signal of a modulation control system that is a closed loop including the modulation control unit 170a. This deviation signal is output to modulation control section 170a.
【0120】ここで、図1に示すような位相変調動作に
おいて、位相変調器5による位相変調に変調ゲインGに
誤差が含まれている場合を想定する。この場合、変調位
相差は図8に示すようになる。Here, in the phase modulation operation as shown in FIG. 1, it is assumed that the phase modulation by the phase modulator 5 includes an error in the modulation gain G. In this case, the modulation phase difference is as shown in FIG.
【0121】本実施形態では、A/D変換器26の出力
に対して、第1復調器112aにより位相変調信号の周
波数で復調し、この復調結果を、演算器122aにより
所定の時間間隔で平均化することにより、変調ゲイン誤
差に応じた信号(変調制御系の偏差信号)を取り出すよ
うにしている。In this embodiment, the output of the A / D converter 26 is demodulated by the first demodulator 112a at the frequency of the phase modulation signal, and the demodulation result is averaged by the arithmetic unit 122a at predetermined time intervals. Thus, a signal (deviation signal of the modulation control system) corresponding to the modulation gain error is extracted.
【0122】なお、この偏差信号は、温度変化や経年変
化により位相変調器5やD/A変換器10等の変調ゲイ
ンが変化した場合に、変調制御部170aで生成される
位相変調信号、位相変調の動作点切換信号およびセロダ
イン信号の合成信号のゲインを調整するためのものであ
る。このため、信号処理部110a、変調制御部170
a、および干渉計500を含んだサーボループは、高速
である必要がない。また、演算部122aの変調制御部
170aへの応答は、数Hz〜数百Hzでよいため、平
均化時間信号Cは、msecオーダのものでよい。ただ
し、位相変調信号の周波数m/2τの整数倍であること
が好ましい。The deviation signal is a phase modulation signal generated by the modulation control section 170a when the modulation gain of the phase modulator 5 or the D / A converter 10 changes due to temperature change or aging. This is for adjusting the gain of the composite signal of the modulation operating point switching signal and the serrodyne signal. Therefore, the signal processing unit 110a and the modulation control unit 170
a and the servo loop including the interferometer 500 need not be fast. In addition, since the response of the arithmetic unit 122a to the modulation control unit 170a may be several Hz to several hundred Hz, the averaging time signal C may be on the order of msec. However, it is preferably an integer multiple of the frequency m / 2τ of the phase modulation signal.
【0123】これらの説明から明らかなように、位相変
調周波数(m/2τ)を特定するmが2以上の偶数であ
る場合、サニャック位相差は、(m/2τ)*(1/2
τ)の周波数帯に現れ、等価的に(m−1)/2τと
(m+1)/2τの側波帯スペクトルで表される。一
方、変調ゲイン誤差は、m/2τの周波数帯に現れる。As is clear from these descriptions, when m specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) is an even number of 2 or more, the Sagnac phase difference is (m / 2τ) * (1/2)
τ), and are equivalently represented by sideband spectra of (m−1) / 2τ and (m + 1) / 2τ. On the other hand, the modulation gain error appears in the frequency band of m / 2τ.
【0124】たとえば、m=4の場合は、サニャック位
相差は、3/2τと5/2τでの側波帯スペクトル帯
に、変調ゲイン誤差は、2/τの周波数帯に現れる。For example, when m = 4, the Sagnac phase difference appears in the sideband spectral bands at 3 / 2τ and 5 / 2τ, and the modulation gain error appears in the 2 / τ frequency band.
【0125】サンプリング定理により帯域制限を行い、
サニャック位相差と変調ゲイン誤差とを1つのA/D変
換器により検出する場合、幾つかの帯城制限が考えられ
る。The band is limited by the sampling theorem.
When the Sagnac phase difference and the modulation gain error are detected by one A / D converter, some band restrictions may be considered.
【0126】(m−1)/2τの周波数で帯域制限を行
い、(m−1)/τ以上の周波数でサンプリングを行う
方法、m/2τの周波数で帯域制限を行い、m/τ以上
の周波数でサンプリングを行う方法、(m+1)/2τ
の周波数で帯域制限を行い、(m+1)/τ以上の周波
数でサンプリングを行う方法等が挙げられる。A method of performing band limitation at a frequency of (m-1) / 2τ and performing sampling at a frequency of (m-1) / τ or more, a method of performing band limitation at a frequency of m / 2τ and performing a band limitation at a frequency of m / 2τ or more Method of sampling at frequency, (m + 1) / 2τ
, And a method of performing sampling at a frequency of (m + 1) / τ or more.
【0127】m=2において、1/2τの周波数で帯域
制限を行った場合と1/τの周波数で帯域制限を行った
場合の、A/D変換器入力信号波形を図31及び図32
に示す。When m = 2, the A / D converter input signal waveforms when the band is limited at a frequency of 1 / 2τ and when the band is limited at a frequency of 1 / τ are shown in FIGS. 31 and 32.
Shown in
【0128】これらの信号波形は、サニャック位相差及
び変調ゲイン誤差をともに零とした場合であるが、τ/
2毎に変動する交流信号が現れている。これは、光スパ
イク波形が帯域制限フイルタにより鈍らされた結果、生
じているものである。These signal waveforms are obtained when both the Sagnac phase difference and the modulation gain error are set to zero.
An alternating signal that fluctuates every two appears. This is a result of the optical spike waveform being dulled by the band limiting filter.
【0129】なお、図中のSP1〜SP4は、A/D変
換器によるサンプリングポイントの一例である。サニャ
ック位相差は、τ離れたサンプル同士の差、すなわち、
(SP1−SP3)、(SP2−SP4)の復調処理に
より検出されるため、光スパイクの影響は、この処理を
通し相殺され除去される。[0129] SP1 to SP4 in the figure are examples of sampling points by the A / D converter. The Sagnac phase difference is the difference between samples τ apart,
Since it is detected by the demodulation processing of (SP1-SP3) and (SP2-SP4), the influence of the optical spike is canceled and eliminated through this processing.
【0130】変調ゲイン誤差は、τ/2離れたサンプル
同士の差、すなわち、(SP1−SP2)、(SP3−
SP4)の復調処理により検出され、変調ゲイン誤差を
δGとおくと、復調処理後の変調ゲイン誤差に応じた信
号(偏差信号)は、近似的に、(P0/2)*2π*δ
Gで表される。The modulation gain error is the difference between samples τ / 2 apart, ie, (SP1−SP2), (SP3−SP2).
Is detected by the demodulation processing SP4), when placing the modulator gain error and .delta.G, signal corresponding to the modulation gain error after the demodulation process (error signal) is, approximately, (P 0/2) * 2π * δ
It is represented by G.
【0131】ジャイロのスケールファクタ誤差を数十p
pm以下とするには、0.1%以下の変調ゲイン制御が
要求される。この制御精度を達成するには、偏差信号に
おいて、0.0063*(P0/2)以下の検出精度が
必要となる。The scale factor error of the gyro is several tens p
In order to reduce the value to pm or less, modulation gain control of 0.1% or less is required. To achieve this control accuracy, the deviation signal, it is necessary 0.0063 * (P 0/2) following the detection accuracy.
【0132】図1に示したように、光スパイクの向きは
常に同一方向となるよう位相変調が印加されているた
め、帯域制限フィルタを通過した後の光スパイクの鈍り
の影響は、サンプリングポイント付近で常にほぼ一定と
なり、サンプルされた光スパイク成分は、復調処理を通
し相殺され除去される。As shown in FIG. 1, since the phase modulation is applied so that the directions of the optical spikes are always in the same direction, the influence of the dulling of the optical spikes after passing through the band-limiting filter is affected by the vicinity of the sampling point. , And the sampled optical spike component is canceled and removed through demodulation processing.
【0133】図31の各サンプリングポイント付近によ
って得られる偏差信号は、変調ゲイン誤差が零のとき、
0.00235*(P0/2)で、図32においては、
0.00097*(P0/2)である。これらは、変調
ゲイン制御の誤差としては、それぞれ、0.037%、
0.015%に相当し、0.1%以下の変調ゲイン制御
が可能であることを表している。この結果、ジャイロの
スケールファクタ誤差を低減することが可能となる。The deviation signal obtained near each sampling point in FIG. 31 is obtained when the modulation gain error is zero.
In 0.00235 * (P 0/2) , in FIG. 32,
0.00097 is a * (P 0/2). These are 0.037% as errors in modulation gain control, respectively.
This corresponds to 0.015%, indicating that modulation gain control of 0.1% or less is possible. As a result, it is possible to reduce the gyro scale factor error.
【0134】また、上記光スパイクの鈍りの影響は、図
31および図32に示したサンプリングポイント以外の
点においても、広く略一定となっているため、サンプリ
ングポイントを任意に選択することが可能になるという
利点を有する。Further, the influence of the dulling of the optical spike is also substantially constant at points other than the sampling points shown in FIGS. 31 and 32, so that the sampling point can be arbitrarily selected. Has the advantage of becoming
【0135】さらに、帯域制限を行わない場合において
も、光スパイクの影響は、τ/m毎に略対称となってい
るため、上述したように、光スパイクの影響を相殺させ
除去することが可能である。Further, even when the band limitation is not performed, the influence of the optical spike is substantially symmetrical for each τ / m, so that the influence of the optical spike can be canceled and removed as described above. It is.
【0136】その一例を図9に示す。One example is shown in FIG.
【0137】これは、光ファイバ長L=100m、光フ
ァイバループの伝搬遅延時間τ=0.5μsの光ファイ
バジャイロにおいて、m=2による位相変調周波数1/
τ、位相変調の動作点切換周波数1/2τ、信号帯域を
10MHz、D/A変換器のセトリング時間を約100
nsとした場合の、A/D変換器入力信号波形である。
サンプリング定理による帯域制限は、1/τ=2MH
z、または、1/2τ=1MHzであるが、この波形図
においては、その5〜10倍高い10MHzの信号帯域
としている。それにも関わらず、τ/2毎に変動する非
常に大きな交流信号が現れている。これは、光ファイバ
長が短くなり、D/A変換器のセトリング時間等の影響
が無視できなくなってきたことによって生じている光ス
パイクの鈍りであり、信号帯域制限しない場合において
も光スパイクの鈍りにより変調ゲイン制御の誤差源とな
る。このような場合においても、光スパイクの向きが常
に同一方向となるよう位相変調が印加されているため、
図9に示すように、光スパイクの鈍りの影響は、サンプ
リングポイント付近で常にほぼ一定となり、サンプルさ
れた光スパイク成分は、復調処理を通し相殺され除去さ
れる。その結果、ジャイロのスケールファクタ誤差を低
減することが可能となる。This is because in an optical fiber gyro having an optical fiber length L = 100 m and an optical fiber loop propagation delay time τ = 0.5 μs, the phase modulation frequency 1 / m = 2 is obtained.
τ, phase modulation operating point switching frequency 1 / 2τ, signal bandwidth 10 MHz, D / A converter settling time about 100
7 shows an A / D converter input signal waveform when ns is set.
Band limitation by sampling theorem is 1 / τ = 2MH
z or 1 / 2τ = 1 MHz, but in this waveform diagram, the signal band is 10 MHz, which is 5 to 10 times higher than that. Nevertheless, a very large AC signal that fluctuates every τ / 2 appears. This is a dull optical spike caused by the fact that the influence of the settling time of the D / A converter and the like cannot be ignored because the optical fiber length becomes short, and the dull optical spike even when the signal band is not limited. This becomes an error source of modulation gain control. Even in such a case, since the phase modulation is applied so that the directions of the optical spikes are always in the same direction,
As shown in FIG. 9, the effect of the dullness of the optical spike is almost constant near the sampling point, and the sampled optical spike component is canceled and removed through the demodulation processing. As a result, it is possible to reduce the gyro scale factor error.
【0138】また、上記光スパイクの鈍りの影響は、図
9に示したサンプリングポイント以外の点においても、
広く略一定となっているため、サンプリングポイントを
任意に選択することが可能になる利点を有する。Further, the influence of the dulling of the light spikes is also observed at points other than the sampling points shown in FIG.
Since the sampling point is wide and substantially constant, there is an advantage that the sampling point can be arbitrarily selected.
【0139】このように、光スパイクの向きが常に一定
になるよう位相変調を行うことにより、検出光信号に含
まれる光スパイクによる誤差が一定となり、復調処理を
通して上記誤差が相殺、除去され、正確な変調制御が行
われ、ジャイロのスケールファクタ誤差を低減すること
ができる。As described above, by performing the phase modulation so that the direction of the optical spike is always constant, the error due to the optical spike included in the detected optical signal becomes constant, and the above error is canceled and removed through the demodulation processing. Modulation control is performed, and a gyro scale factor error can be reduced.
【0140】図5に戻って説明を続ける。Returning to FIG. 5, the description will be continued.
【0141】セロダイン制御部140は、信号処理部1
10aの加算器118aからτ/mの時間間隔で出力さ
れたサニャック位相差φsに応じた偏差信号にしたが
い、セロダイン信号を生成する。The serodyne control unit 140 is a signal processing unit 1
A serrodyne signal is generated according to a deviation signal corresponding to the Sagnac phase difference φs output from the adder 118a of 10a at a time interval of τ / m.
【0142】図10は、図5に示すセロダイン制御部1
40の概略構成図である。FIG. 10 shows the cellodyne control unit 1 shown in FIG.
It is a schematic block diagram of 40.
【0143】第1演算器142は、信号処理部110a
から送られてきたセロダイン制御系の偏差信号をτ/m
の時間間隔で積分する。この結果は、光ファイバループ
6への入力角速度に比例した信号になる。The first computing unit 142 includes a signal processing unit 110a
The deviation signal of the serrodyne control system sent from
At the time interval of. The result is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber loop 6.
【0144】第2演算器144は、増幅器あるいはロー
パスフィルタとして機能する。なお、ゲインあるいはフ
ィルタ定数の設定は、セロダイン制御系のサーボループ
の設計にしたがい行う。The second calculator 144 functions as an amplifier or a low-pass filter. The setting of the gain or the filter constant is performed according to the servo loop design of the serrodyne control system.
【0145】第3演算器146は、第2演算器144を
介して送られてきた第1演算器142の出力信号を積分
する。上述したように、第1演算器142の出力信号
は、光ファイバループ6への入力角速度に比例した信号
である。該入力角速度が一定ならば、第1演算器142
の出力信号も一定となる。この場合、第3演算器146
の出力結果は、各階段の継続時間がτ/mで高さが一定
の階段信号になる。この階段信号は、セロダイン信号と
して、変調制御部170aへ出力される。The third computing unit 146 integrates the output signal of the first computing unit 142 sent via the second computing unit 144. As described above, the output signal of the first computing unit 142 is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber loop 6. If the input angular velocity is constant, the first computing unit 142
Is also constant. In this case, the third computing unit 146
Results in a staircase signal having a constant height of τ / m and a constant height. This staircase signal is output to the modulation control section 170a as a serrodyne signal.
【0146】なお、信号処理部110aに、上述した2
τの時間間隔で平均化する演算器で構成されたデモジュ
レータを用いた場合は、第1演算器142にて、信号処
理部110aから送られてきたセロダイン制御系の偏差
信号を2τの時間間隔で積分し、第3演算器146に
て、第2演算器144を介して送られてきた第1演算器
142の出力信号を、τの時間間隔で積分する。この場
合、第3演算器146の出力結果は、各階段の継続時間
がτの階段信号になる。It should be noted that the signal processor 110 a
In the case where a demodulator constituted by an arithmetic unit averaging at a time interval of τ is used, the deviation signal of the serrodyne control system sent from the signal processing unit 110a is sent to the first arithmetic unit 142 at a time interval of 2τ. The third computing unit 146 integrates the output signal of the first computing unit 142 sent via the second computing unit 144 at time intervals of τ. In this case, the output result of the third computing unit 146 is a staircase signal having a duration of τ of each staircase.
【0147】比較器150は、第3演算器146から出
力されたセロダイン信号による変調位相差の累積結果
が、第一の閾値、あるいは第一の閾値よりも2π低い第
二の閾値に達したか否かを判断する。The comparator 150 determines whether the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal output from the third computing unit 146 has reached the first threshold value or the second threshold value 2π lower than the first threshold value. Determine whether or not.
【0148】そして、第一の閾値に達した場合は、干渉
光の位相差が−2πの位相シフトとなるように第3演算
器146をリセットする。また、第二の閾値に達した場
合は、干渉光の位相差が+2πの位相シフトとなるよう
に第3演算器146をリセットする。When the first threshold value is reached, the third calculator 146 is reset so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2π. When the second threshold value is reached, the third calculator 146 is reset so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2π.
【0149】基準値記憶部148は、比較器150で用
いる第一、第二の閾値を特定するための値や、第3変調
器146でのリセットのための加減算値を格納する。The reference value storage section 148 stores values for specifying the first and second threshold values used in the comparator 150 and addition / subtraction values for resetting in the third modulator 146.
【0150】ここで、比較器150の動作を図11〜図
13を用いて、さらに詳しく説明する。Here, the operation of the comparator 150 will be described in more detail with reference to FIGS.
【0151】図11は、第一の閾値を+2π、第二の閾
値を−2πに設定した場合における、比較器150の動
作フローを示している。FIG. 11 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold value is set to + 2π and the second threshold value is set to −2π.
【0152】比較器150は、まず、第3演算器146
で生成されたセロダイン信号による変調位相差の累積結
果が2πに達したか否かを判断する(ステップ100
1)。The comparator 150 first has a third computing unit 146
It is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal generated in step 2 has reached 2π (step 100).
1).
【0153】2πに達した場合は、−2πの位相シフト
(負リセット)を行うものと判定する(ステップ100
2)。その後、第3演算器146に対して、干渉光の位
相差が−2πの位相シフトとなるように指令を出す(ス
テップ1003)。これを受けて、第3演算器146
は、干渉光の位相差が−2πの位相シフトとなるように
セロダイン信号の出力を調節する。If it reaches 2π, it is determined that a phase shift of 2π (negative reset) is to be performed (step 100).
2). Thereafter, a command is issued to the third computing unit 146 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2π (step 1003). In response, the third computing unit 146
Adjusts the output of the serrodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of −2π.
【0154】一方、2πに達していない場合は、セロダ
イン信号による変調位相差の累積結果が−2πに達した
か否かを判断する(ステップ1004)。On the other hand, if it has not reached 2π, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serrodyne signal has reached -2π (step 1004).
【0155】−2πに達した場合は、+2πの位相シフ
ト(正リセット)を行うものと判定する(ステップ10
05)。その後、第3演算器146に対して、干渉光の
位相差が+2πの位相シフトとなるように指令を出す
(ステップ1006)。これを受けて、第3演算器14
6は、干渉光の位相差が+2πの位相シフトとなるよう
にセロダイン信号の出力を調節する。If it reaches -2π, it is determined that a phase shift of + 2π (positive reset) is to be performed (step 10).
05). Thereafter, a command is issued to the third computing unit 146 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2π (step 1006). In response, the third computing unit 14
6 adjusts the output of the serrodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2π.
【0156】一方、−2πに達していない場合は、リセ
ットの必要なしと判断する(ステップ1007)。この
場合、第3演算器146に対して位相シフトの指令を出
力しない。On the other hand, if it has not reached -2π, it is determined that resetting is unnecessary (step 1007). In this case, the phase shift command is not output to the third computing unit 146.
【0157】図12は、第一の閾値を+2π、第二の閾
値を0に設定した場合における、比較器150の動作フ
ローを示している。このフローにおいて、図11に示す
フローと異なる点は、ステップ1004の代わりにステ
ップ1004aを設け、ここで、セロダイン信号による
変調位相差の累積結果が0より小さくなったか否かを判
断する。そして、0より小さい場合はステップ1005
へ移行し、そうでない場合はステップ1007へ移行す
る。FIG. 12 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to 0. This flow is different from the flow shown in FIG. 11 in that step 1004a is provided instead of step 1004, and it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal has become smaller than zero. If it is smaller than 0, step 1005
Otherwise, to step 1007.
【0158】図13は、第一の閾値を+π、第二の閾値
を−πに設定した場合における、比較器150の動作フ
ローを示している。このフローにおいて、図11に示す
フローと異なる点は、ステップ1001、1004の代
わりにステップ1001a、1004bを各々設けたこ
とである。FIG. 13 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold value is set to + π and the second threshold value is set to -π. This flow differs from the flow shown in FIG. 11 in that steps 1001a and 1004b are provided instead of steps 1001 and 1004, respectively.
【0159】ステップ1001aでは、セロダイン信号
による変調位相差の累積結果が+πに達したか否かを判
断する。+πに達した場合はステップ1002へ移行
し、そうでない場合はステップ1004bへ移行する。In step 1001a, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serrodyne signal has reached + π. If the value has reached + π, the flow shifts to step 1002; otherwise, the flow shifts to step 1004b.
【0160】ステップ1004bでは、セロダイン信号
による変調位相差の累積結果が−πに達したか否かを判
断する。−πに達した場合はステップ1005へ移行
し、そうでない場合はステップ1007へ移行する。In step 1004b, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serrodyne signal has reached -π. If the value has reached -π, the process proceeds to step 1005; otherwise, the process proceeds to step 1007.
【0161】図14に第3演算器146から出力される
セロダイン信号の波形を示す。ここで、図14(a)は
図11に示すフローにより第3演算器146で生成され
るセロダイン信号の波形を示しており、図14(b)は
図12に示すフローにより第3演算器146で生成され
るセロダイン信号の波形を示している。また、図14
(c)は図13に示すフローにより第3演算器146で
生成されるセロダイン信号の波形を示している。FIG. 14 shows the waveform of the serrodyne signal output from the third computing unit 146. Here, FIG. 14A shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third calculator 146 according to the flow shown in FIG. 11, and FIG. 14B shows the waveform of the third calculator 146 according to the flow shown in FIG. 3 shows a waveform of a serrodyne signal generated by the above. FIG.
(C) shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG.
【0162】これらの波形から分かるように、図12の
フローによれば、光ファイバループ6への入力角速度の
極性によらず、セロダイン信号を単極性で生成すること
ができる。このため、セロダイン信号生成のためのD/
A変換器やドライバを単電源で構成することが可能とな
る。As can be seen from these waveforms, according to the flow of FIG. 12, a serrodyne signal can be generated with a single polarity regardless of the polarity of the input angular velocity to the optical fiber loop 6. For this reason, D /
The A converter and the driver can be configured with a single power supply.
【0163】一般に、ディジタル信号処理器100およ
び基準信号発生器300は、+5V等の単電源で動作す
るため、D/A変換器10が単電源で動作可能であるこ
とは、電源の共通化が可能となり、装置の小型化、低コ
スト化が可能となる利点を有する。Generally, the digital signal processor 100 and the reference signal generator 300 operate on a single power supply such as +5 V. Therefore, the fact that the D / A converter 10 can operate on a single power supply means that a common power supply is required. This has the advantage that the size and cost of the device can be reduced.
【0164】なお、図12のフローにおいて、ステップ
1001で、セロダイン信号による変調位相差の累積結
果が0より大きくなったか否かを判断し、ステップ10
04aで、セロダイン信号による変調位相差の累積結果
が−2π以下になったか否かを判断するようにしても、
同様の効果を奏する。In the flow of FIG. 12, it is determined in step 1001 whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serrodyne signal has become larger than 0.
In 04a, it may be determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal is -2π or less.
A similar effect is achieved.
【0165】また、図13のフローによれば、セロダイ
ン信号のピーク−ピーク値は、図11に示すフローに比
べ1/2に低減される。これにより、位相変調器5の終
端抵抗での消費電力を1/4に低減させることが可能と
なる。According to the flow of FIG. 13, the peak-to-peak value of the serrodyne signal is reduced to half of that in the flow shown in FIG. This makes it possible to reduce power consumption at the terminating resistor of the phase modulator 5 to 1/4.
【0166】図5に戻って説明を続ける。Returning to FIG. 5, the description will be continued.
【0167】変調制御部170aは、干渉光の光強度
が、 周波数:m/2τ、mは2以上の偶数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、干渉光の光強度が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調の動
作点切換信号と、セロダイン制御部140で生成したセ
ロダイン信号と、を合波して、合成信号を生成する。The modulation control section 170a provides a rectangular wave phase modulation signal for performing phase modulation such that the light intensity of the interference light is frequency: m / 2τ, m is an even number equal to or greater than 2 and θ: Is generated by the serrodyne control unit 140 and a square wave phase modulation operating point switching signal for performing phase modulation such that the light intensity of the frequency is: ττ amplitude: γ = kπ, k is an integer of 1 or more The signal is combined with the cellodyne signal to generate a composite signal.
【0168】図15は、図5に示す変調制御部170a
の概略構成図である。FIG. 15 shows a modulation control section 170a shown in FIG.
FIG.
【0169】基準値記憶部196には、θ(図1に示す
例では0<θ≦π/2)の位相シフトを行わせるために
必要な基準出力値と、γ(図1に示す例ではπ)の位相
シフトを行わせるために必要な基準出力値と、が記憶さ
れている。The reference value storage unit 196 stores a reference output value necessary for causing a phase shift of θ (0 <θ ≦ π / 2 in the example shown in FIG. 1) and γ (in the example shown in FIG. 1, and a reference output value necessary for performing the phase shift of π).
【0170】振幅θ発生器202は、基準値記憶部19
6に記憶されたθの位相シフトを行わせるために必要な
基準出力値を読み出し、これを、光強度演算部210か
ら送られてきた最適位相変調振幅値に基づいて補正す
る。そして、この補正された値を有する定出力信号を生
成する。The amplitude θ generator 202 includes a reference value storage unit 19
The reference output value necessary for causing the phase shift of θ stored in 6 to be performed is read out, and is corrected based on the optimum phase modulation amplitude value sent from the light intensity calculation unit 210. Then, a constant output signal having the corrected value is generated.
【0171】振幅γ発生器208は、基準値記憶部19
6に記憶されたγの位相シフトを行わせるために必要な
基準出力値を読み出し、この値を有する定出力信号を生
成する。The amplitude γ generator 208 includes the reference value storage unit 19
A reference output value required for performing the phase shift of γ stored in 6 is read, and a constant output signal having this value is generated.
【0172】位相変調発生器204aは、基準信号発生
器300で生成された基準信号B(周波数:m/2τ、
mは2以上の偶数)にしたがい、振幅θ発生器202で
生成された定出力信号を変調する。The phase modulation generator 204a receives the reference signal B (frequency: m / 2τ,
m is an even number of 2 or more), and modulates the constant output signal generated by the amplitude θ generator 202.
【0173】これにより、干渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の偶数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
を生成する。As a result, a rectangular wave phase modulation signal for performing phase modulation is generated so that the phase difference of the interference light has a frequency of m / 2τ, and m has an even amplitude of 2 or more.
【0174】この位相変調発生器204aは、たとえば
乗算器で構成される。The phase modulation generator 204a is formed of, for example, a multiplier.
【0175】加算器206は、位相変調発生器204a
で生成された位相変調信号に、振幅γ発生器208で生
成された定出力信号を加算する。The adder 206 includes a phase modulation generator 204a.
The constant output signal generated by the amplitude γ generator 208 is added to the phase modulation signal generated by the above.
【0176】変調発生器200aは、基準信号発生器3
00で生成された基準信号A(周波数:1/2τ)によ
り、加算器206の出力信号を変調する。具体的には、
加算器206の出力信号の立ち上がりと、基準信号Aの
立ち上がりとが同期するようにして、両者を乗算する。The modulation generator 200a includes the reference signal generator 3
The output signal of the adder 206 is modulated by the reference signal A (frequency: 1 / 2τ) generated in 00. In particular,
The rising edge of the output signal of the adder 206 and the rising edge of the reference signal A are synchronized so that they are multiplied.
【0177】これにより、干渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の偶数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調の動
作点切換信号と、の合成信号を生成する。Accordingly, the phase difference between the rectangular wave phase modulation signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light is frequency: m / 2τ, where m is an even number equal to or greater than 2, and the phase difference between the interference light Generates a composite signal of a rectangular wave phase modulation operating point switching signal for performing phase modulation such that frequency: 1 / 2τ amplitude: γ.
【0178】加算器176aは、変調発生器200aで
生成された位相変調信号および位相変調の動作点切換信
号と、セロダイン制御部140で生成されたセロダイン
信号とを加算し、位相変調信号、位相変調の動作点切換
信号およびセロダイン信号の合成信号を生成する。The adder 176a adds the phase modulation signal generated by the modulation generator 200a and the operating point switching signal of the phase modulation and the serrodyne signal generated by the serrodyne control section 140, and adds the phase modulated signal and the phase modulated signal. And a composite signal of the operating point switching signal and the serrodyne signal is generated.
【0179】第1演算器172は、信号処理部110a
から送られてきた変調制御系の偏差信号を積分する積分
器である。The first computing unit 172 includes a signal processing unit 110a
This is an integrator that integrates the deviation signal of the modulation control system sent from the control unit.
【0180】第2演算器174は、増幅器あるいはロー
パスフィルタである。変調制御系のサーボループの設計
に合わせてゲインあるいはフィルタ定数を設計する。The second computing unit 174 is an amplifier or a low-pass filter. The gain or the filter constant is designed in accordance with the servo loop design of the modulation control system.
【0181】乗算器178は、加算器から出力された、
位相変調信号、位相変調の動作点切換信号およびセロダ
イン信号の合成信号のゲインを、第2演算器174から
出力された変調制御系の偏差信号にしたがい調節する。
この結果は、D/A変換器10へ出力される。The multiplier 178 outputs the signal output from the adder.
The gain of the combined signal of the phase modulation signal, the phase modulation operating point switching signal, and the serrodyne signal is adjusted according to the deviation signal of the modulation control system output from the second computing unit 174.
This result is output to the D / A converter 10.
【0182】加算器198は、振幅θ発生器202の出
力信号(位相変調信号による位相変調の振幅θに応じた
値)と、振幅γ発生器208の出力信号(位相変調の動
作点切換信号による位相変調の振幅γに応じた値)とを
加算する。この加算結果は、光強度演算部210へ出力
される。The adder 198 includes an output signal of the amplitude θ generator 202 (a value corresponding to the amplitude θ of the phase modulation by the phase modulation signal) and an output signal of the amplitude γ generator 208 (the operating signal for switching the operating point of the phase modulation). (A value corresponding to the amplitude γ of the phase modulation). This addition result is output to the light intensity calculation unit 210.
【0183】図16は、図15に示す変調制御部170
aにおいて、位相変調信号の周波数を特定するmを2と
した場合における、各部での出力信号の波形を示してい
る。ここで、図16(a)は振幅θ発生器202の出力
信号波形を、図16(b)は位相変調発生器204aの
出力信号波形を、図16(c)は振幅γ発生器208の
出力信号波形を、図16(d)は加算器206の出力信
号波形を、そして、図16(e)は変調器200aの出
力信号波形を示している。FIG. 16 shows a modulation control section 170 shown in FIG.
3A shows the waveform of an output signal at each unit when m specifying the frequency of the phase modulation signal is 2. 16A shows the output signal waveform of the amplitude θ generator 202, FIG. 16B shows the output signal waveform of the phase modulation generator 204a, and FIG. 16C shows the output signal of the amplitude γ generator 208. 16D shows the output signal waveform of the adder 206, and FIG. 16E shows the output signal waveform of the modulator 200a.
【0184】図5に戻って説明を続ける。Returning to FIG. 5, the description will be continued.
【0185】光強度演算部210は、信号処理部110
aから送られてきた光強度検出用のA/D変換器32の
出力信号と、変調制御部170aから送られてきた、位
相変調信号による位相変調の振幅θに応じた値と位相変
調の動作点切換信号による位相変調の振幅γに応じた値
との合計値とに基づいて、干渉光の光強度のピーク値P
0を求める。The light intensity calculator 210 is provided with a signal processor 110
a, the output signal of the A / D converter 32 for detecting the light intensity sent from the controller a, the value corresponding to the amplitude θ of the phase modulation by the phase modulation signal sent from the modulation controller 170a, and the operation of the phase modulation. The peak value P of the light intensity of the interference light is based on the sum of the value corresponding to the amplitude γ of the phase modulation by the point switching signal and the value.
Find 0 .
【0186】そして、予め用意された、干渉光の光強度
のピーク値とランダムウォーク値を最小とする最適位相
変調振幅との対応関係を示すテーブルを参照して、求め
たピーク値P0に応じた振幅値を決定する。Then, by referring to a previously prepared table showing the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimum phase modulation amplitude for minimizing the random walk value, the table is determined according to the peak value P 0 obtained. Determined amplitude value.
【0187】また、干渉光の光強度のピーク値P0を基
に、AGC信号を生成する。Further, an AGC signal is generated based on the peak value P 0 of the light intensity of the interference light.
【0188】さらに、光強度演算部210は、予め用意
された、干渉光の光強度のピーク値と、光ファイバジャ
イロの入出力のスケールファクタ誤差を補正するための
スケールファクタ補正係数との対応関係を示すテーブル
を参照して、求めたピーク値P0に応じたスケールファ
クタ補正係数を決定する。Further, the light intensity calculator 210 calculates the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro. , A scale factor correction coefficient corresponding to the obtained peak value P 0 is determined.
【0189】図17は、図5に示す光強度演算部210
の概略構成図である。FIG. 17 is a block diagram showing the light intensity calculator 210 shown in FIG.
FIG.
【0190】第1演算器212は、信号処理部110a
の乗算器136から送られてきた、干渉計500で検出
した干渉光の光強度に応じた信号と、変調制御部170
aの加算器198から送られてきた、位相変調信号によ
る位相変調の振幅θに応じた値と位相変調の動作点切換
信号による位相変調の振幅γに応じた値との合計と、に
基づいて、干渉光の光強度のピーク値P0を求めるため
の演算処理を行う。The first computing unit 212 includes a signal processing unit 110a
A signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the interferometer 500 sent from the multiplier 136 of the
a based on the value corresponding to the amplitude θ of the phase modulation by the phase modulation signal and the value corresponding to the amplitude γ of the phase modulation by the operating point switching signal of the phase modulation sent from the adder 198 of a. , An arithmetic process for obtaining the peak value P 0 of the light intensity of the interference light is performed.
【0191】この演算処理は、次式により行われる。This calculation process is performed by the following equation.
【0192】 P0=2Vout/{1+cos(γ±θ)} (4) ここで、Voutは、信号処理部110aの乗算器136
から送られてきた、干渉計500で検出した干渉光の光
強度に応じた信号の出力値である。γ+θまたはγ−θ
は、変調制御部170aの加算器198から送られてき
た信号の出力値から求まる。P 0 = 2V out / {1 + cos (γ ± θ)} (4) Here, V out is a multiplier 136 of the signal processing unit 110a.
Is an output value of a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the interferometer 500, which is sent from the controller. γ + θ or γ-θ
Is obtained from the output value of the signal sent from the adder 198 of the modulation control unit 170a.
【0193】なお、この演算処理は、高速に行う必要が
ない。msec前後の時間間隔で処理すればよい。した
がって、信号処理部110aの乗算器136からの信号
を前記の時間間隔で平均化し、この平均化された値を用
いて、上記の式(4)により干渉光の光強度のピーク値
P0を求めるようにしてもよい。It is not necessary to perform this operation at high speed. The processing may be performed at time intervals of about msec. Therefore, the signal from the multiplier 136 of the signal processing unit 110a is averaged at the above-mentioned time intervals, and the peak value P 0 of the light intensity of the interference light is calculated by the above equation (4) using the averaged value. You may ask for it.
【0194】第2演算器214は、図示していないが、
干渉光の光強度のピーク値とランダムウォーク値を最小
とする最適位相変調振幅との対応関係を示すテーブルを
記憶している。そして、第1演算器212で算出された
干渉光の光強度のピーク値P0に応じた最適位相変調振
幅値を前記テーブルから検索する。そして、検索した振
幅値を変調制御部170aの振幅θ発生器202へ出力
する。これを受けて、振幅θ発生器202は、位相変調
信号が該決定された振幅値で位相変調を行えるようにす
るために、基準値記憶部196に記憶された位相変調信
号のための基準出力値を補正する。Although not shown, the second computing unit 214
The table stores the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value. Then, the optimum phase modulation amplitude value corresponding to the peak value P 0 of the light intensity of the interference light calculated by the first calculator 212 is searched from the table. Then, it outputs the searched amplitude value to amplitude θ generator 202 of modulation control section 170a. In response to this, the amplitude θ generator 202 outputs the reference output for the phase modulation signal stored in the reference value storage unit 196 so that the phase modulation signal can perform phase modulation with the determined amplitude value. Correct the value.
【0195】レジスタ216は、干渉計500の組み立
て時に、第1演算器212にて最初に算出された干渉光
の光強度のピーク値を、初期値として記憶する。The register 216 stores, as an initial value, the peak value of the light intensity of the interference light first calculated by the first computing unit 212 when the interferometer 500 is assembled.
【0196】第3演算器218は、第1演算器212で
求めた干渉光の光強度のピーク値と、レジスタ216に
記憶された初期値との差分を求める。The third calculator 218 obtains a difference between the peak value of the light intensity of the interference light obtained by the first calculator 212 and the initial value stored in the register 216.
【0197】第4演算器220は、第3演算器218の
結果を積分する。この積分結果を、AGC信号として、
信号処理部110に出力する。The fourth computing unit 220 integrates the result of the third computing unit 218. The result of this integration is used as an AGC signal.
Output to the signal processing unit 110.
【0198】第5演算器222は、図示していないが、
干渉光の光強度のピーク値と、光ファイバジャイロの入
出力のスケールファクタ誤差を補正するためのスケール
ファクタ補正係数との対応関係を示すテーブルを記憶し
ている。そして、第1演算器212で算出された干渉光
の光強度のピーク値P0に応じたスケールファクタ補正
係数を前記テーブルから検索して、ジャイロ出力演算部
240へ出力する。The fifth computing unit 222 is not shown, but
The table stores the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro. Then, a scale factor correction coefficient corresponding to the peak value P 0 of the light intensity of the interference light calculated by the first calculator 212 is searched from the table, and is output to the gyro output calculator 240.
【0199】ここで、干渉光の光強度のピーク値とラン
ダムウォーク値を最小にする位相変調最適振幅値との関
係について説明する。Here, the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the phase modulation optimum amplitude value that minimizes the random walk value will be described.
【0200】なお、干渉光の光強度のピーク値と光ファ
イバジャイロの入出力のスケールファクタ誤差を補正す
るためのスケールファクタ補正係数との関係について
は、後述する。The relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro will be described later.
【0201】光ファイバジャイロにより検出される干渉
光の光強度に応じた信号には、以下に説明するような、
数種類のランダムノイズが重畳している。A signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the optical fiber gyro includes a signal as described below.
Several types of random noise are superimposed.
【0202】光源1の相対強度雑音 最初に、光源1の相対強度雑音(RIN:Relative Int
ensity Noise)が干渉計500の出力光に重畳する。First, the relative intensity noise of the light source 1 (RIN: Relative Int)
ensity noise) is superimposed on the output light of the interferometer 500.
【0203】RINは以下のように定義される。[0203] RIN is defined as follows.
【0204】 RIN[dB/Hz]≡10・log(δP2/Pa2/B) (5) N´RIN[1/(Hz1/2)]≡δP/Pa/B1/2 (6) ここで、δP2は光強度のゆらぎの2乗平均値であり、
Paは平均光強度であり、Bは実数領域のみで定義され
た等価帯域幅である。RIN [dB / Hz] ≡10 · log (δP 2 / Pa 2 / B) (5) N ′ RIN [1 / (Hz 1/2 )] ≡δP / Pa / B 1/2 (6) Here, δP 2 is the mean square value of the fluctuation of the light intensity,
Pa is the average light intensity, and B is the equivalent bandwidth defined only in the real number region.
【0205】任意の位相変調振幅Ψ[rad]が印加さ
れている場合の平均強度は、次式で表される。The average intensity when an arbitrary phase modulation amplitude Ψ [rad] is applied is expressed by the following equation.
【0206】 Pa=(P0/2)・(1+cosΨ) (7) これにより、干渉計500の出力光に含まれるランダム
ノイズ量は、 N´RIN・Pa[Wrms/(Hz1/2)] =N´RIN・(P0/2)・(1+cosΨ) (8) となる。[0206] P a = (P 0/2 ) · (1 + cosΨ) (7) Accordingly, the random noise amount contained in the interferometer 500 of the output light, N'RIN · P a [Wrms / (Hz 1/2 )] = N'RIN · (P 0/2) · (1 + cosΨ) becomes (8).
【0207】受光器7でのショットノイズ 次に、RINが重畳した干渉計500の出力光は、受光
器7にて電流信号に変換されるが、このとき、変換され
た信号の出力値に相関したショットノイズが重畳され
る。Next, the output light of the interferometer 500 on which the RIN is superimposed is converted into a current signal by the light receiver 7, and at this time, the output light is correlated with the output value of the converted signal. Shot noise is superimposed.
【0208】このショットノイズは次式のように定義さ
れる。The shot noise is defined by the following equation.
【0209】 N´SN[Arms/(Hz1/2)]≡(2・e・i)1/2 =(e・P0・S・(1+cosΨ))1/2 (9) ここで、eは電子の電荷量(=1.6・10
-19[c])であり、iは光を変換することで発生した
平均電流値[A]であり、Sは受光器7の感度[A/
W]である。また、N´SNは、実数領域のみにおいて定
義されたノイズの実効値である。 N ′ SN [Arms / (Hz 1/2 )] ≡ (2 · e · i) 1/2 = (e · P 0 · S · (1 + cosΨ)) 1/2 (9) where e Is the electron charge (= 1.6 · 10)
-19 [c]), i is the average current value [A] generated by converting light, and S is the sensitivity [A /
W]. N ′ SN is the effective value of noise defined only in the real number domain.
【0210】電流/電圧変換器8でのノイズ 次に、ショットノイズが重畳した電流信号は、電流/電
圧変換器8において電圧信号に変換される。この際、使
用した抵抗のサーマルノイズやその他の電流・電圧ノイ
ズが重畳する。Noise in Current / Voltage Converter 8 Next, the current signal on which shot noise is superimposed is converted into a voltage signal in the current / voltage converter 8. At this time, thermal noise of the used resistor and other current / voltage noise are superimposed.
【0211】サーマルノイズ及び電流・電圧ノイズは次
式で表される。The thermal noise and the current / voltage noise are expressed by the following equations.
【0212】 N´TN[Vrms/(Hz1/2)]≡(4・k・R・T)1/2 (10) N´VN[Vrms/(Hz1/2)] ≡(VN 2+(IN・R)2)1/2 (11) ここで、kはボルツマン定数(=1.38・10
-23[J/゜K])であり、Rは電流/電圧変換器8の
抵抗値[Ω]であり、Tは絶対温度[゜K]を表し、N
´TNは実数領域のみにおいて定義されたノイズの実効値
である。また、VNは演算増幅器の電圧ノイズ、INは電
流ノイズである。N´VNは実数領域のみにおいて定義さ
れたノイズの実効値である。N ′ TN [Vrms / (Hz 1/2 )] ≡ (4 · k · RT · 1/2 ) (10) N ′ VN [Vrms / (Hz 1/2 )] ≡ (V N 2 + (I N · R) 2 ) 1/2 (11) where k is Boltzmann's constant (= 1.38 · 10
-23 [J / ゜ K]), R is the resistance value [Ω] of the current / voltage converter 8, T is the absolute temperature [゜ K], and N is
' TN is the effective value of noise defined only in the real number domain. V N is the voltage noise of the operational amplifier, and I N is the current noise. N ′ VN is the effective value of noise defined only in the real number domain.
【0213】以上説明した〜のランダムノイズが重
畳した電圧信号は、A/D変換器26にてサンプリング
され、その後、ディジタル信号処理器100aにおい
て、セロダイン制御や角速度(角度)演算等に供され
る。電圧信号におけるランダムノイズ量は、(8)〜
(11)式より、 Vnoise[Vrms/(Hz1/2)] =((N´RIN・(P0/2)・S・R(1+cosΨ))2 +R2・e・P0・S・(1+cosΨ) +N´TN 2+N´VN 2)1/2 (12) で表される。The voltage signal on which the above-described random noise is superimposed is sampled by the A / D converter 26, and thereafter, is subjected to serrodyne control, angular velocity (angle) calculation, and the like in the digital signal processor 100a. . The amount of random noise in the voltage signal is (8) to
From equation (11), V noise [Vrms / (Hz 1/2)] = ((N'RIN · (P 0/2) · S · R (1 + cosΨ)) 2 + R 2 · e · P 0 · S · (1 + cosΨ) + N ′ TN 2 + N ′ VN 2 ) 1/2 (12)
【0214】この式から、任意の位相変調振幅θに対す
るランダムウォーク値の理論式を導くことができる。From this equation, a theoretical equation of a random walk value for an arbitrary phase modulation amplitude θ can be derived.
【0215】光ファイバループ6に角速度Ω[rad/
s]が入力され、これによりサニャック位相差φs[r
ad]が発生した場合を想定する。上述したように、本
実施形態では、この位相差φsに応じた干渉光の強度
を、光ファイバループ6を互いに反対方向に伝搬する2
つの光を振幅Ψ[rad]で位相変調することにより検
出している。The optical fiber loop 6 has an angular velocity Ω [rad /
s] is input, whereby the Sagnac phase difference φs [r
ad] has occurred. As described above, in the present embodiment, the intensity of the interference light corresponding to the phase difference φs is transmitted through the optical fiber loop 6 in the opposite directions to each other.
The two lights are detected by phase-modulating them with an amplitude Ψ [rad].
【0216】いま、上述したランダムノイズを考慮しな
ければ、サニャック位相差φsが発生している、振幅Ψ
で位相変調された干渉光の強度P(+Ψ)、P(−Ψ)
は、次式で表される。If the random noise described above is not taken into account, the amplitude Ψ
P (+ Ψ), P (−Ψ) of the interference light phase-modulated by
Is represented by the following equation.
【0217】 P(+Ψ)=(P0/2)・(1+cos(φs+Ψ)) (13) P(−Ψ)=(P0/2)・(1+cos(φs−Ψ)) (14) したがって、同期検波による復調信号Voutは、 Vout=(P(+Ψ)−P(−Ψ))・S・R・1/2 =(P0/2)・(cos(φs+Ψ)−cos(φs−Ψ)) ・S・R・1/2 =−(P0/2)・S・R・sin(φs)・sin(Ψ) (15) ここで、(15)式に(1)式を代入すると、 Vout=−(P0/2)・S・R ・sin{2π・D・L・Ω/(λ・c)}・sin(Ψ) (16) この式から入力角速度Ωを算出すると、 Ω=λ・c/(2π・D・L) ・sin-1[Vout/{(−P0/2)・S・R・sin(Ψ)}] (17) となる。[0217] P (+ Ψ) = (P 0/2) · (1 + cos (φs + Ψ)) (13) P (-Ψ) = (P 0/2) · (1 + cos (φs-Ψ)) (14) Thus, demodulated signal V out by synchronous detection, V out = (P (+ Ψ) -P (-Ψ)) · S · R · 1/2 = (P 0/2) · (cos (φs + Ψ) -cos (φs- Ψ)) · S · R · 1/2 = - (P 0/2) · S · R · sin (φs) · sin (Ψ) (15) where substitutes (15) to (1) Then, V out = - (P 0 /2) · S · R · sin {2π · D · L · Ω / (λ · c)} · sin (Ψ) (16) calculating the input angular velocity Omega from this equation Ω = λ · c / (2π · D · L) · sin −1 [V out / {(− P 0/2 ) · S · R · sin (Ψ)}] (17)
【0218】ジャイロのランダムウォーク値RWKは、
複素領域で定義された等価帯域幅±2Bで定義されるこ
とが一般的であるため、1/(21/2)をかけて、実数
領域定義から複素領域定義に変換すると、(12)式、
(17)式より、以下のように表される。The random walk value RWK of the gyro is
Since it is generally defined by the equivalent bandwidth ± 2B defined in the complex domain, if the real domain definition is converted to the complex domain definition by multiplying by 1 / (2 1/2 ), equation (12) is obtained. ,
From equation (17), it is expressed as follows.
【0219】 RWK[rad/(s1/2)] =λ・c/(2π・D・L) ・sin-1[Vnoise/{(−P0/2)・S・R ・sin(Ψ)}]・{1/(21/2)} =λ・c/(2π・D・L・21/2) ・sin-1[{N´RIN・(P0/2)・S・R ・(1+cos(Ψ))}2+R2・e・P0・S ・(1+cos(Ψ))+N´TN 2+N´VN 2]1/2 /{(−P0/2)・S・R・sin(Ψ)} (18) RWK[゜/(h1/2)] =λ・c/(2π・D・L・21/2) ・sin-1[{N´RIN・(P0/2)・S・R ・(1+cos(Ψ))}2+R2・e・P0・S ・(1+cos(Ψ))+N´TN 2+N´VN 2]1/2 /{(−P0/2)・S・R・sin(Ψ)} ・(3600)1/2・180/π (19) 上記の(18)式、(19)式から分かるように、ラン
ダムウォーク値は、干渉光の光強度のピーク値P0と位
相変調の振幅とをパラメータとする関数であり、干渉光
の光強度のピーク値P0が変われば、ランダムウォーク
値を最小とする位相変調の振幅も変わる。[0219] RWK [rad / (s 1/2) ] = λ · c / (2π · D · L) · sin -1 [V noise / {(- P 0/2) · S · R · sin (Ψ )}] · {1 / ( 2 1/2)} = λ · c / (2π · D · L · 2 1/2) · sin -1 [{N'RIN · (P 0/2) · S · R · (1 + cos (Ψ ))} 2 + R 2 · e · P 0 · S · (1 + cos (Ψ)) + N'TN 2 + N'VN 2] 1/2 / {(- P 0/2) · S · R · sin (Ψ)} (18) RWK [゜ / (h 1/2 )] = λ · c / (2π · D · L · 2 1/2 ) · sin −1 [{N ′ RIN · (P 0/2) · S · R · (1 + cos (Ψ))} 2 + R 2 · e · P 0 · S · (1 + cos (Ψ)) + N'TN 2 + N'VN 2] 1/2 / {(- P 0/2 ) · S · R · sin (Ψ)} · (3600) 1/2 · 180 / π (19) From the above equations (18) and (19), Cal manner, random walk value is a function of the amplitude of the peak value P 0 and the phase modulation of the light intensity as a parameter of the interference light, if Kaware the peak value P 0 of the light intensity of the interference light, the random walk value The amplitude of the phase modulation that minimizes is also changed.
【0220】図18に、光源1の相対強度雑音RINを
−115[dB/Hz]、干渉光の光強度のピーク値P
0を2〜50μWとしたときの、ランダムウォーク値−
位相変調振幅値特性を示す。ここで、横軸は、干渉光特
性のcos曲線における変調の深さであり、γ=πの場
合はγ−θの値を表し、γ=2πの場合はθの値を表
す。In FIG. 18, the relative intensity noise RIN of the light source 1 is -115 [dB / Hz], and the peak value P of the light intensity of the interference light is shown.
Random walk value when 0 is 2 to 50 μW−
9 shows phase modulation amplitude value characteristics. Here, the horizontal axis represents the modulation depth in the cos curve of the interference light characteristic. When γ = π, it represents the value of γ−θ, and when γ = 2π, it represents the value of θ.
【0221】この図によれば、干渉光の光強度のピーク
値P0によってランダムウォーク値を最小とする位相変
調の振幅値も変わることが分かる。たとえば、P0=5
0μWでの最適振幅値は約170度であるが、P0=2
μWでは130度である。According to this figure, it can be seen that the amplitude value of the phase modulation for minimizing the random walk value changes depending on the peak value P 0 of the light intensity of the interference light. For example, P 0 = 5
The optimum amplitude value at 0 μW is about 170 degrees, but P 0 = 2
It is 130 degrees in μW.
【0222】そこで、本実施形態では、第2演算器21
4に、(18)式、(19)式から求まる、干渉光の光
強度のピーク値P0とランダムウォーク値を最小とする
最適位相変調振幅値との対応関係を示すテーブルを予め
記憶しておき、第1演算器212で算出された干渉光の
光強度のピーク値P0に応じた最適位相変調振幅値を前
記テーブルから検索している。Therefore, in the present embodiment, the second computing unit 21
4 stores in advance a table showing the correspondence between the peak value P 0 of the light intensity of the interference light and the optimum phase modulation amplitude value that minimizes the random walk value, which is obtained from the expressions (18) and (19). The optimal phase modulation amplitude value corresponding to the peak value P 0 of the light intensity of the interference light calculated by the first computing unit 212 is searched from the table.
【0223】図5に戻って説明を続ける。Returning to FIG. 5, the description will be continued.
【0224】ジャイロ出力演算部240は、セロダイン
制御部140の第1演算器142から送られてきたサニ
ャック位相差φsに応じた信号にしたがい、光ファイバ
ループ6への入力角速度あるいは回転角度を算出する。The gyro output calculation section 240 calculates the input angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 according to the signal corresponding to the Sagnac phase difference φs sent from the first calculator 142 of the serodyne control section 140. .
【0225】図19は、図5に示すジャイロ出力演算部
240の概略構成図である。FIG. 19 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation section 240 shown in FIG.
【0226】第1演算部242は、セロダイン制御部1
40の第1演算器142から送られてきたサニャック位
相差φs、すなわち光ファイバループ6への入力角速度
に応じた信号を時間積分する。この結果は、光ファイバ
ループ6の回転角度に比例したものとなる。なお、平均
角速度を求める場合は、この積分結果をさらに積分時間
で除算してやればよい。The first arithmetic unit 242 is provided with the serrodyne control unit 1
The signal according to the Sagnac phase difference φs sent from the first computing unit 142 of the forty, that is, the signal corresponding to the input angular velocity to the optical fiber loop 6 is time-integrated. This result is proportional to the rotation angle of the optical fiber loop 6. When calculating the average angular velocity, the integration result may be further divided by the integration time.
【0227】レジスタ244には、光ファイバジャイロ
の初期状態における、入力と出力とのスケールファクタ
値が記憶される。The register 244 stores the input and output scale factor values in the initial state of the optical fiber gyro.
【0228】第2演算器246は、レジスタ244に記
憶されたスケールファクタ値と、光強度演算部210の
第5演算器222から送られてきたスケールファクタ補
正係数を用いて第1演算器242の出力を補正する。こ
れにより、光ファイバループ6への入力角速度あるいは
回転角度を算出する。この第2演算器246は、たとえ
ば乗算器で構成される。The second computing unit 246 uses the scale factor value stored in the register 244 and the scale factor correction coefficient sent from the fifth computing unit 222 of the light intensity computing unit 210 to generate the first computing unit 242. Correct the output. Thereby, the input angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 is calculated. This second computing unit 246 is formed of, for example, a multiplier.
【0229】ここで、干渉光の光強度のピーク値と、光
ファイバジャイロの入出力のスケールファクタ誤差を補
正するためのスケールファクタ補正係数との関係につい
て説明する。Here, the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro will be described.
【0230】光ファイバジャイロの出力値(具体的に
は、ジャイロ出力演算部240で算出される角速度ある
いは角度)は、干渉光の光強度のピーク値P0の変化に
相関して変化する。これは、以下の理由によるものと考
えられる。The output value of the optical fiber gyro (specifically, the angular velocity or angle calculated by the gyro output calculation section 240) changes in correlation with the change of the peak value P 0 of the light intensity of the interference light. This is considered to be due to the following reasons.
【0231】光ファイバループ6への入力角速度Ωに対
するジャイロ出力演算部240での角度増分をθangle
とした場合、セロダイン信号のリセットにより2πの位
相シフトが発生した場合の角度増分θangleは、次式で
表される。The angle increment in the gyro output calculator 240 with respect to the input angular velocity Ω to the optical fiber loop 6 is represented by θ angle
In this case, the angle increment θ angle when the phase shift of 2π occurs due to the reset of the serrodyne signal is expressed by the following equation.
【0232】 θangle=n0・λ/D (20) この式は、セロダイン信号の各階段の継続時間τを用い
て、等価的に、 θangle=c・λ・τ/(D/L) (21) で表すことができる。Θ angle = n 0 · λ / D (20) This equation is equivalent to using the duration τ of each step of the serrodyne signal, and θ angle = c · λ · τ / (D / L) (21)
【0233】ところで、干渉光の光強度のピーク値P0
の変化は、光源1自体または光源1から光ファイバルー
プ6を介して受光器7に至るまでの光路における損失が
変化した場合に発生するが、それらの損失特性は光の波
長によって異なる。本実施形態において、光ファイバジ
ャイロに用いる光源1は、上述したように、コヒーレン
ス長が短く、また、波長のスペクトル特性は数十〜数百
nmに渡り広く分布している。そのため、損失の変化に
より光強度が変化するとともに実効的な光の重心波長値
が変化する。この結果、(20)式、(21)式におけ
る重心波長λ値が変化して、角度増分θangleが変化す
る。これが、入出力のスケールファクタ誤差になるもの
と考えられる。The peak value P 0 of the light intensity of the interference light
Occurs when the loss in the optical path from the light source 1 itself or from the light source 1 to the optical receiver 7 via the optical fiber loop 6 changes, and their loss characteristics differ depending on the wavelength of light. In the present embodiment, as described above, the light source 1 used for the optical fiber gyro has a short coherence length, and the wavelength spectral characteristics are widely distributed over several tens to several hundreds of nm. Therefore, the light intensity changes due to the change in loss, and the effective center-of-gravity wavelength value of the light changes. As a result, the value of the center-of-gravity wavelength λ in Expressions (20) and (21) changes, and the angle increment θ angle changes. This is considered to be an input / output scale factor error.
【0234】本発明者等が確認したところ、スケールフ
ァクタの感度は、光強度値10%の変化に対し、おおよ
そ数十〜数百ppmであった。光強度値は、温度や経年
変化等により容易に変化してしまう。これでは、数〜数
十ppm以下のスケールファクタ誤差が要求される高性
能な光ファイバジャイロに用いることができない。The inventors confirmed that the sensitivity of the scale factor was about several tens to several hundreds ppm for a change of the light intensity value of 10%. The light intensity value easily changes due to temperature, aging, and the like. This cannot be used for a high-performance optical fiber gyro requiring a scale factor error of several to several tens of ppm or less.
【0235】そこで、本実施形態では、上述したよう
に、光強度演算部210の第5演算器222において、
干渉光の光強度のピーク値と、スケールファクタ補正係
数(レジスタ244に格納されたスケールファクタ値の
補正係数)との対応関係を示すテーブルを予め記憶し、
光強度演算部210の第1演算器212で算出された干
渉光の光強度のピーク値に応じたスケールファクタ補正
係数を前記テーブルから検索している。そして、ジャイ
ロ出力演算部240の第2演算器246において、検索
した補正係数を用いてレジスタに記憶されたスケールフ
ァクタ値を補正している(具体的には、レジスタに記憶
されたスケールファクタ値に補正係数を乗算した結果
を、ジャイロ出力演算部240の第1演算器242から
出力された回転角度あるいは平均角速度に応じた結果に
乗算する)。Thus, in the present embodiment, as described above, the fifth computing unit 222 of the light intensity computing unit 210
A table indicating the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient (correction coefficient of the scale factor value stored in the register 244) is stored in advance;
The scale factor correction coefficient corresponding to the peak value of the light intensity of the interference light calculated by the first calculator 212 of the light intensity calculator 210 is searched from the table. Then, in the second computing unit 246 of the gyro output computing unit 240, the scale factor value stored in the register is corrected using the searched correction coefficient (specifically, the scale factor value stored in the register is corrected to the scale factor value stored in the register). The result of the multiplication by the correction coefficient is multiplied by the result according to the rotation angle or the average angular velocity output from the first calculator 242 of the gyro output calculator 240).
【0236】このようにすることで、光強度値の変化に
よって生じるスケールファクタ誤差を補正している。In this manner, a scale factor error caused by a change in light intensity value is corrected.
【0237】以上、位相変調信号による位相変調周波数
(m/2τ)を特定するmが2以上の偶数の場合(たと
えば、図1、図3の場合)における、ディジタル信号処
理器100aについて説明した。The digital signal processor 100a in the case where m for specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an even number of 2 or more (eg, in FIGS. 1 and 3) has been described.
【0238】次に、位相変調信号による位相変調周波数
(m/2τ)を特定するmが2以上の奇数の場合(たと
えば、図2の場合)における、ディジタル信号処理器1
00bについて説明する。Next, in the case where m for specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an odd number of 2 or more (for example, in the case of FIG. 2), the digital signal processor 1
00b will be described.
【0239】図20は、位相変調信号による位相変調周
波数(m/2τ)を特定するmが2以上の奇数の場合に
おけるディジタル信号処理器100bの概略構成図であ
る。FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100b in a case where m for specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an odd number of 2 or more.
【0240】このディジタル信号処理器100bは、図
20に示すように、信号処理部110bと、セロダイン
制御部140と、変調制御部170b、光強度演算部2
10と、ジャイロ出力演算部240と、でなる。As shown in FIG. 20, the digital signal processor 100b includes a signal processor 110b, a serrodyne controller 140, a modulation controller 170b, and a light intensity calculator 2b.
10 and a gyro output operation unit 240.
【0241】セロダイン制御部140、光強度演算部2
10、およびジャイロ出力演算部240については、図
5に示すディジタル信号処理器100aで用いているも
のと同じであるので、その詳細な説明を省略する。Serrodyne control unit 140, light intensity calculation unit 2
10 and the gyro output operation unit 240 are the same as those used in the digital signal processor 100a shown in FIG. 5, and thus detailed description thereof will be omitted.
【0242】信号処理部110bは、A/D変換器32
から出力された信号のゲインを調節する。また、A/D
変換器26から出力された信号のゲインを調節し、これ
を復調する。The signal processing section 110b includes the A / D converter 32
Adjust the gain of the signal output from. A / D
The gain of the signal output from the converter 26 is adjusted and demodulated.
【0243】図21は、図20に示す信号処理部110
bの概略構成図である。なお、図6に示す信号処理部1
10aと同じものには同一の符号を付している。FIG. 21 is a block diagram showing the signal processing unit 110 shown in FIG.
It is a schematic block diagram of b. The signal processing unit 1 shown in FIG.
The same components as those in 10a are denoted by the same reference numerals.
【0244】乗算器136は、A/D変換器32の出力
信号と光強度演算部210から出力されたAGC(Auto
matic Gain Control)信号との乗算を行う。これによ
り、A/D変換器32の出力信号のゲインを常に一定に
なるように調整して、光強度演算部210にて、安定し
た光強度演算を行えるようにする。The multiplier 136 outputs the output signal of the A / D converter 32 and the AGC (Auto
matic Gain Control). Thereby, the gain of the output signal of the A / D converter 32 is adjusted to be always constant, and the light intensity calculation unit 210 can perform stable light intensity calculation.
【0245】乗算器134は、A/D変換器26の出力
信号と光強度演算部210からのAGC信号との乗算を
行う。これにより、A/D変換器26の出力信号のゲイ
ンを常に一定になるように調整して、セロダイン制御部
140および変調制御部170bにて、安定した信号生
成を行えるようにする。The multiplier 134 multiplies the output signal of the A / D converter 26 by the AGC signal from the light intensity calculator 210. Thus, the gain of the output signal of the A / D converter 26 is adjusted to be always constant, and the serrodyne control unit 140 and the modulation control unit 170b can perform stable signal generation.
【0246】第1復調器112bは、基準信号発生器3
00で生成された、位相変調信号の周波数m/2τ(m
は2以上の奇数)と同じ周波数の基準信号B´により、
乗算器134の出力信号を復調する。たとえば、図2に
示す例では、m=3なので、周波数3/2τの基準信号
B´により乗算器134の出力信号を復調することにな
る。The first demodulator 112b is connected to the reference signal generator 3
00, the frequency m / 2τ (m
Is an odd number of 2 or more) by the reference signal B ′ having the same frequency as
The output signal of the multiplier 134 is demodulated. For example, in the example shown in FIG. 2, since m = 3, the output signal of the multiplier 134 is demodulated by the reference signal B ′ having a frequency of 3 / 2τ.
【0247】なお、A/D変換器26でのサンプリング
間隔がτ/mより短い場合、すなわちサンプリング点が
τ/m期間中に2カ所以上ある場合は、A/D変換器2
6と第1復調器112bとの間に平均化処理を行うフィ
ルタを設け、第1復調器112bへの入力信号がτ/m
間隔で出力されるようにする。When the sampling interval in the A / D converter 26 is shorter than τ / m, that is, when there are two or more sampling points during the τ / m period, the A / D converter 2
6 and a filter for performing an averaging process are provided between the first demodulator 112b and the first demodulator 112b.
Output at intervals.
【0248】この復調器は、たとえば乗算器で構成され
る。This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
【0249】第2復調器114bは、基準信号発生器3
00で生成された、位相変調信号の動作点切換信号の周
波数1/2τと同じ周波数の基準信号Aにより、第1復
調器112bの出力信号を復調する。この復調器は、た
とえば乗算器で構成される。The second demodulator 114b is connected to the reference signal generator 3
The output signal of the first demodulator 112b is demodulated by the reference signal A having the same frequency as the frequency 1 / 2τ of the operating point switching signal of the phase modulation signal generated in 00. This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
【0250】τ遅延器116bは、第1復調器112b
の出力を時間τだけ遅延させる。The τ delay unit 116b is connected to the first demodulator 112b
Is delayed by time τ.
【0251】加算器118bは、第1復調器112bの
出力とτ遅延器116bの出力とを加算する。この加算
結果は、セロダイン制御部140を含む閉ループである
セロダイン制御系の偏差信号である。この偏差信号は、
位相変調信号(周波数m/2τ)に同期して、すなわ
ち、τ/mの時間間隔で生成され、セロダイン制御部1
40へ出力される。The adder 118b adds the output of the first demodulator 112b and the output of the τ delay 116b. The result of the addition is a deviation signal of the serrodyne control system which is a closed loop including the serrodyne control unit 140. This deviation signal is
Generated in synchronization with the phase modulation signal (frequency m / 2τ), that is, at time intervals of τ / m,
Output to 40.
【0252】τ遅延器116bと加算器118bは、逐
次デモジュレータを構成している。The τ delay unit 116b and the adder 118b constitute a sequential demodulator.
【0253】ここで、図2に示すような位相変調動作に
おいて、光ファイバループ6に角速度が入力され、サニ
ャック位相差φsが生じた場合を想定する。この場合、
変調位相差は図22に示すようになる。Here, in the phase modulation operation as shown in FIG. 2, it is assumed that an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sagnac phase difference φs occurs. in this case,
The modulation phase difference is as shown in FIG.
【0254】この信号処理部110bでは、図6に示す
信号処理部110aと異なり、図22に示すように、A
/D変換器26の出力を第1復調器112bにより位相
変調信号の周波数で復調し、この復調結果とτ遅延器1
16bによりτ時間遅延された第1復調器112bの復
調結果とを加算しただけで、セロダイン信号生成のため
に必要なサニャック位相差φsに応じた信号(セロダイ
ン制御系の偏差信号)を取り出すことができる。The signal processing unit 110b differs from the signal processing unit 110a shown in FIG. 6 in that, as shown in FIG.
The output of the / D converter 26 is demodulated by the first demodulator 112b at the frequency of the phase modulation signal, and the demodulation result and the τ delay 1
By simply adding the demodulation result of the first demodulator 112b delayed by τ by 16b, a signal (deviation signal of a serrodyne control system) corresponding to the Sagnac phase difference φs required for generating a serrodyne signal can be taken out. it can.
【0255】なお、この信号処理部110bでは、サニ
ャック位相差φsに応じた信号を取り出す手段として、
τ遅延器116bおよび加算器118bでなる逐次デモ
ジュレータを用いているが、この代わりに、A/D変換
器26の出力を位相変調信号の周波数で復調した結果
を、2τの時間間隔で平均化する演算器で構成されたデ
モジュレータを用いてもよい。この場合でも、図22か
ら明らかなように、サニャック位相差φsに応じた信号
を取り出すことができる。In the signal processing section 110b, as means for extracting a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs,
Instead of using a sequential demodulator consisting of a τ delay unit 116b and an adder 118b, the result of demodulating the output of the A / D converter 26 at the frequency of the phase modulation signal is averaged at 2τ time intervals. Alternatively, a demodulator configured with a computing unit that performs the operation may be used. Even in this case, as is clear from FIG. 22, a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs can be extracted.
【0256】ただし、信号処理部110bにて、平均化
処理を行う演算器で構成されたデモジュレータを用い
て、サニャック位相差φsに応じた信号を取り出そうと
すると、以下のような問題が生ずる。However, if the signal processing section 110b tries to extract a signal corresponding to the Sagnac phase difference φs using a demodulator constituted by an arithmetic unit for performing averaging processing, the following problem occurs.
【0257】図4において、直流除去器20(たとえ
ば、バンドパスフィルタ)でのフィルタリングが不十分
であり、このためA/D変換器26の出力に含まれる直
流成分が変動している場合(直流成分がある傾きをもっ
て時間的に変化している場合)、第1復調器112bの
復調結果とτ時間前の第1復調器112bの復調結果と
をτ/m毎に加算する逐次デモジュレータによれば、τ
/m間隔で取り出されるサニャック位相差φsに応じた
信号に含まれる直流成分の極性が交互に変化し、該直流
成分による誤差が相殺される。In FIG. 4, when the filtering by DC remover 20 (for example, a band-pass filter) is insufficient, the DC component contained in the output of A / D converter 26 fluctuates (DC In the case where the component temporally changes with a certain slope), a sequential demodulator that adds the demodulation result of the first demodulator 112b and the demodulation result of the first demodulator 112b before τ time for every τ / m is used. If τ
The polarity of the DC component included in the signal corresponding to the Sagnac phase difference φs extracted at an interval of / m alternates, and the error due to the DC component is canceled.
【0258】たとえば、位相変調周波数(m/2τ)を
特定するmが3である場合において、図33に示すよう
に、A/D変換器26の入力において、直流成分がat
(tは時間)という傾きで変動していると仮定する。A
/D変換器26は、この直流成分の変動をτ/3毎にサ
ンプリングすることにより検出する。したがって、第1
復調器112bに入力される信号は、τ/3毎に、a、
2a、3a、4a、5a、6a、・・・・と変化してゆ
く。このとき、第1復飼器112bに入力される基準信
号B´の極性を+、−、+、−・・・・とすると、τ遅
延器116bと加算器118bとにより構成される逐次
デモジュレータの出力は、時間4τ/3で−3a、5τ
/3で+3a、6τ/3で−3a、7τ/3で+3a、
・・・というように、τ/3毎に+3aと−3aとが交
互に出力される。つまり、A/D変換器26の入力にお
ける直流成分の変動は、逐次デモジュレータにより誤差
の極性が交互に変化する。このため、セロダイン制御部
140の第1演算器142において逐次デモジュレータ
の出力の積分を行うことにより、直流成分の変動をキャ
ンセルすることができ、より正確なサニャック位相差の
検出を行うことが可能となり、ジャイロの高性能化が可
能となる。For example, when m specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) is 3, as shown in FIG. 33, at the input of A / D converter 26, the DC component is at at
(T is time). A
The / D converter 26 detects the fluctuation of the DC component by sampling every τ / 3. Therefore, the first
The signal input to the demodulator 112b has a,
2a, 3a, 4a, 5a, 6a,... At this time, assuming that the polarity of the reference signal B ′ input to the first reverter 112b is +, −, +, −..., The successive demodulator constituted by the τ delay unit 116b and the adder 118b Is -3a, 5τ at time 4τ / 3
+ 3a at / 3, -3a at 6τ / 3, + 3a at 7τ / 3,
..., + 3a and -3a are alternately output every τ / 3. That is, the fluctuation of the DC component at the input of the A / D converter 26 causes the polarity of the error to be alternately changed by the successive demodulator. Therefore, by successively integrating the output of the demodulator in the first computing unit 142 of the serodyne control unit 140, the fluctuation of the DC component can be canceled, and the Sagnac phase difference can be detected more accurately. And the performance of the gyro can be improved.
【0259】これに対し、2τの時間間隔で平均化する
演算器で構成されたデモジュレータでは、この直流成分
の変動をキャンセルすることができない。On the other hand, a demodulator constituted by an arithmetic unit averaging at a time interval of 2τ cannot cancel the fluctuation of the DC component.
【0260】たとえば、位相変調周波数(m/2τ)を
特定するmが3である場合について考察する。For example, consider the case where m specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) is 3.
【0261】図34に示すように、直流成分がat(t
は時間)という傾きで変動しているとき、A/D変換器
26は、この直流成分の変動をτ/3毎にサンプリング
することにより検出し、第1復調器112bに入力され
る信号は、τ/3毎に、a、2a、3a、4a、5a、
6a、....と変化してゆく。このとき、第1復調器
112bに入力される基準信号B´の極性を+、−、
+、−、・・・・とすると、デモジュレータ出力は、時
間4τ/3で−3a、5τ/3で+3a、6τ/3で−
3a、となる。非逐次デモジュレータでは、τ/3毎に
随時出力することができず、τおきの出力となる。上記
出力を2τ間隔で平均化すると、−3a/2τの誤差が
発生する。つづく2τ間でも同様に、−3a/2τの誤
差が発生する。つまり、A/D変換器26の入力におけ
る直流成分の変動は、キャンセルされず、サニャック位
相差検出における誤差となり、ジャイロ出力における回
転角速度または回転角度誤差をもたらす。As shown in FIG. 34, the DC component is at (t
A / D converter 26 detects the fluctuation of the DC component by sampling every τ / 3, and the signal input to the first demodulator 112b is: For each τ / 3, a, 2a, 3a, 4a, 5a,
6a,. . . . And change. At this time, the polarities of the reference signal B ′ input to the first demodulator 112b are +, −,
+, −,..., The demodulator output is −3a at time 4τ / 3, + 3a at 5τ / 3, −− at 6τ / 3.
3a. The non-sequential demodulator cannot output at any time every τ / 3, but outputs every τ. If the outputs are averaged at intervals of 2τ, an error of -3a / 2τ occurs. Similarly, an error of -3a / 2τ occurs between 2τ. That is, the fluctuation of the DC component at the input of the A / D converter 26 is not canceled, but becomes an error in the Sagnac phase difference detection, and causes a rotation angular velocity or a rotation angle error in the gyro output.
【0262】このように、2τの時間間隔で平均化する
演算器で構成されたデモジュレータでは、取り出したサ
ニャック位相差φsに応じた信号に含まれる直流成分が
変動してしまい、これをキャンセルすることができな
い。As described above, in the demodulator constituted by the arithmetic unit for averaging at the time interval of 2τ, the DC component included in the signal corresponding to the extracted Sagnac phase difference φs fluctuates and is canceled. Can not do.
【0263】上記直流成分の変動は、温度や振動等によ
る光強度のゆらぎや、受光器7の出力からA/D変換器
26の入力部における低周波電磁ノイズの混入等によっ
て発生し、これらの外乱を完全に抑制することは極めて
困難である。The fluctuation of the DC component is caused by fluctuations in light intensity due to temperature, vibration, and the like, and mixing of low-frequency electromagnetic noise from the output of the light receiver 7 into the input section of the A / D converter 26. It is extremely difficult to completely suppress disturbance.
【0264】2τの時間間隔で平均化するデモジュレー
タ方式(この方式は従来の技術で説明した光ファイバジ
ャイロでも用いられている)においては、上記直流成分
の変動により検出誤差が発生し、ジャイロ出力における
回転角速度誤差または回転角度誤差をもたらす。In the demodulator method of averaging at a time interval of 2τ (this method is also used in the optical fiber gyro described in the background art), a detection error occurs due to the fluctuation of the DC component, and the gyro output Causes a rotational angular velocity error or a rotational angle error.
【0265】本実施形態の信号処理部110b(位相変
調信号の周波数m/2τを特定するmが2以上の奇数の
場合)に、上記の逐次デモジュレータを用いると、上記
直流成分の変動によるサニャック位相差の検出誤差を低
減することが可能となり、ジャイロにおける角速度また
は回転角度出力を高性能化することができる。If the above-described sequential demodulator is used in the signal processing section 110b of this embodiment (when m for specifying the frequency m / 2τ of the phase modulation signal is an odd number of 2 or more), the Sagnac due to the fluctuation of the DC component can be obtained. The detection error of the phase difference can be reduced, and the angular velocity or rotation angle output of the gyro can be improved.
【0266】したがって、上記の逐次デモジュレータ
は、光ファイバジャイロにおいて極めて有効な復調手段
であるといえる。Therefore, it can be said that the above-mentioned sequential demodulator is extremely effective demodulation means in an optical fiber gyro.
【0267】ただし、図6に示す信号処理部110a
(位相変調信号の周波数(m/2τ)を特定するmが2
以上の偶数の場合)は、その変調および復調処理によ
り、2τ毎に平均化処理を行うデモジュレータにおいて
も、検出したサニャック位相差φsに応じた信号に含ま
れる直流成分の変動をキャンセルすることができ、ジャ
イロにおける角速度または回転角度出力を高性能化する
ことができる。Note that the signal processing unit 110a shown in FIG.
(M for specifying the frequency (m / 2τ) of the phase modulation signal is 2
In the case of the above even number), the modulation and demodulation processing can also cancel the fluctuation of the DC component included in the signal corresponding to the detected Sagnac phase difference φs even in the demodulator that performs the averaging processing every 2τ. It is possible to improve the angular velocity or the rotation angle output of the gyro.
【0268】2τ毎に平均化処理を行うデモジュレータ
は、逐次デモジュレータに比べ演算速度が低速であると
いう利点を有する。したがって、本実施形態における、
位相変調信号の周波数(m/2τ)を特定するmが2以
上の偶数となるように変調および復調処理がなされるよ
う構成された光ファイバジャイロは、極めて有効である
といえる。A demodulator that performs averaging every 2τ has the advantage that the operation speed is lower than that of a sequential demodulator. Therefore, in this embodiment,
An optical fiber gyro configured to perform the modulation and demodulation processing so that m specifying the frequency (m / 2τ) of the phase modulation signal is an even number of 2 or more can be said to be extremely effective.
【0269】演算器122bは、基準信号発生器300
にて生成された平均化時間信号Cにより特定される時間
単位で、第2復調器114bの出力信号の平均化処理を
行う。この演算結果は、変調制御部170bを含む閉ル
ープである変調制御系の偏差信号である。この偏差信号
は、変調制御部170bへ出力される。The operation unit 122b includes the reference signal generator 300
The averaging process of the output signal of the second demodulator 114b is performed in the unit of time specified by the averaging time signal C generated in. This calculation result is a deviation signal of a modulation control system that is a closed loop including the modulation control unit 170b. This deviation signal is output to modulation control section 170b.
【0270】ここで、図2に示すような位相変調動作に
おいて、位相変調器5による位相変調に変調ゲイン誤差
が含まれている場合を想定する。この場合、変調位相差
は図23に示すようになる。Here, in the phase modulation operation as shown in FIG. 2, it is assumed that the phase modulation by phase modulator 5 includes a modulation gain error. In this case, the modulation phase difference is as shown in FIG.
【0271】図23に示すように、単に、A/D変換器
26の出力を第1復調器112bにより位相変調信号の
周波数で復調し、これを演算器122bで平均化しただ
けでは、変調ゲイン誤差に応じた信号(変調制御系の偏
差信号)を取り出すことができない。As shown in FIG. 23, simply by demodulating the output of A / D converter 26 at the frequency of the phase modulation signal by first demodulator 112b and averaging it by arithmetic unit 122b, the modulation gain A signal corresponding to the error (deviation signal of the modulation control system) cannot be extracted.
【0272】そこで、本実施形態では、位相変調の動作
点切換信号の周波数で復調を行う第2復調器114bを
設け、A/D変換器26の出力に対して、位相変調信号
の周波数および位相変調の動作点切換信号の周波数で復
調し、この復調結果の平均化処理を行うようにしてい
る。このようにすることで、図23に示すように、変調
ゲイン誤差に応じた信号を取り出すようにしている。Therefore, in the present embodiment, a second demodulator 114b for demodulating at the frequency of the operating point switching signal of the phase modulation is provided, and the frequency and the phase of the phase modulated signal are compared with the output of the A / D converter 26. The demodulation is performed at the frequency of the modulation operation point switching signal, and the demodulation result is averaged. In this way, as shown in FIG. 23, a signal corresponding to the modulation gain error is extracted.
【0273】なお、この偏差信号は、温度変化や経年変
化により位相変調器5やD/A変換器10等の変調ゲイ
ンが変化した場合に、変調制御部170bで生成され
る、位相変調信号、位相変調の動作点切換信号およびセ
ロダイン信号の合成信号のゲインを調整するためのもの
である。このため、信号処理部110b、変調制御部1
70b、および干渉計500を含んだサーボループは、
高速である必要がない。また、演算部122bの変調制
御部170への応答は、数Hz〜数百Hzでよいため、
平均化時間信号Cは、msecオーダのものでよい。た
だし、位相変調信号の周波数m/2τの整数倍であるこ
とが好ましい。The deviation signal is generated by the modulation control section 170b when the modulation gain of the phase modulator 5 or the D / A converter 10 changes due to temperature change or aging. This is for adjusting the gain of the composite signal of the operating point switching signal of the phase modulation and the serrodyne signal. Therefore, the signal processing unit 110b and the modulation control unit 1
70b, and the servo loop including the interferometer 500
You don't have to be fast. In addition, since the response of the arithmetic unit 122b to the modulation control unit 170 may be several Hz to several hundred Hz,
The averaging time signal C may be of the order of msec. However, it is preferably an integer multiple of the frequency m / 2τ of the phase modulation signal.
【0274】これらの説明から明らかなように、位相変
調周波数(m/2τ)を特定するmが2以上の奇数であ
る場合、サニャック位相差は、m/2τの周波数帯に現
れる。一方、変調ゲイン誤差は、(m/2τ)*(1/
2τ)の周波数帯に現れ、等価的に(m−1)/2τと
(m+1)/2τの側波帯スペクトルで表される。As is clear from these descriptions, when m specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) is an odd number of 2 or more, the Sagnac phase difference appears in the frequency band of m / 2τ. On the other hand, the modulation gain error is (m / 2τ) * (1 /
2m), and are equivalently represented by sideband spectra of (m-1) / 2τ and (m + 1) / 2τ.
【0275】たとえば、m=3の場合は、サニャック位
相差は、3/2τの周波数帯に現れ、変調ゲイン誤差
は、1/τと2/τの側波帯スペクトル帯に現れる。For example, when m = 3, the Sagnac phase difference appears in the 3 / 2τ frequency band, and the modulation gain error appears in the 1 / τ and 2 / τ sideband spectral bands.
【0276】サンプリング定理により帯域制限を行い、
サニャック位相差と変調ゲイン誤差とを1つのA/D変
換器により検出する場合、幾つか帯域制限が考えられ
る。The band is limited by the sampling theorem.
When the Sagnac phase difference and the modulation gain error are detected by one A / D converter, some band limitation is considered.
【0277】(m−1)/2τの周波数で帯域制限を行
い、(m−1)/τ以上の周波数でサンプリングを行う
方法、m/2τの周波数で帯域制限を行い、m/τ以上
の周波数でサンプリングを行う方法、(m+1)/2τ
の周波数で帯域制限を行い、(m+1)/τ以上の周波
数でサンプリングを行う方法等が挙げられる。A method of performing band limitation at a frequency of (m-1) / 2τ and performing sampling at a frequency of (m-1) / τ or more, a method of performing band limitation at a frequency of m / 2τ and performing a band limitation at a frequency of m / 2τ or more Method of sampling at frequency, (m + 1) / 2τ
, And a method of performing sampling at a frequency of (m + 1) / τ or more.
【0278】これらの場合において、図2に示したよう
に、光スパイクの向きは常に同―方向となるよう位相変
調が印加されているため、帯域制限フィルタを通過した
後の光スパイクの鈍りの影響は、サンプリングポイント
付近で常にほぼ一定となり、サンプルされた光スパイク
成分は、復調処理を通し相殺され除去される。この結
果、ジャイロのスケールファクタ誤差を低減することが
可能となる。In these cases, as shown in FIG. 2, since the phase modulation is applied so that the directions of the optical spikes are always in the same direction, the dullness of the optical spikes after passing through the band limiting filter is obtained. The effect is always substantially constant near the sampling point, and the sampled optical spike components are canceled and eliminated through demodulation processing. As a result, it is possible to reduce the gyro scale factor error.
【0279】また、上記光スパイクの鈍りの影響はτ/
m毎に略対称となっているため、サンプリングポイント
を任意に選択することが可能になるという利点を有す
る。The effect of the dullness of the light spike is τ /
Since it is substantially symmetrical for each m, there is an advantage that a sampling point can be arbitrarily selected.
【0280】さらに、帯城制限を行わない場合において
も、光スパイクの影響はτ/m毎に略対称となっている
ため、上述したように、光スパイクの影響を相殺させ除
去することが可能であり、さらに、サンプリングポイン
トを任意に選択することが可能になるという利点を有す
る。Furthermore, even when band limitation is not performed, the effects of optical spikes are substantially symmetrical for each τ / m, so that the effects of optical spikes can be offset and eliminated as described above. In addition, there is an advantage that the sampling point can be arbitrarily selected.
【0281】このように、光スパイクの向きが常に一定
になるよう位相変調を行うことにより、検出光信号に含
まれる光スパイクによる誤差が一定となり、復調処埋を
通して上記誤差が相殺、除去されるので、正確な変調制
御が可能となり、ひいては、ジャイロのスケールファク
タ誤差を低減することができる。As described above, by performing the phase modulation so that the direction of the optical spike is always constant, the error due to the optical spike included in the detection optical signal becomes constant, and the error is canceled or removed through demodulation processing. Therefore, accurate modulation control can be performed, and the scale factor error of the gyro can be reduced.
【0282】図20に戻って説明を続ける。Returning to FIG. 20, the description will be continued.
【0283】変調制御部170bは、干渉光の位相差
が、 周波数:m/2τ、mは2以上の奇数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調の動
作点切換信号と、セロダイン制御部140で生成したセ
ロダイン信号と、を合波して、合成信号を生成する。The modulation control section 170b performs a phase modulation signal of a rectangular wave for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light is: m / 2τ, m is an odd number equal to or greater than 2 and θ: Is generated by the serrodyne control unit 140 and a rectangular wave phase modulation operating point switching signal for performing phase modulation so that the phase difference of is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = kπ, k is an integer of 1 or more. The signal is combined with the cellodyne signal to generate a composite signal.
【0284】図24は、図20に示す変調制御部170
bの概略構成図である。FIG. 24 is a block diagram of the modulation control unit 170 shown in FIG.
It is a schematic block diagram of b.
【0285】基準値記憶部196には、θ(図2に示す
例では0<θ≦π/2)の位相シフトを行わせるために
必要な基準出力値と、γ(図2に示す例ではπ)の位相
シフトを行わせるために必要な基準出力値と、が記憶さ
れている。The reference value storage section 196 stores a reference output value necessary for causing a phase shift of θ (0 <θ ≦ π / 2 in the example shown in FIG. 2) and γ (in the example shown in FIG. 2, and a reference output value necessary for performing the phase shift of π).
【0286】振幅θ発生器202は、基準値記憶部に記
憶されたθの位相シフトを行わせるために必要な基準出
力値を読み出し、これを、光強度演算部210から送ら
れてきた最適位相変調振幅値に基づいて補正する。そし
て、この補正された値を有する定出力信号を生成する。The amplitude θ generator 202 reads out a reference output value necessary for performing a phase shift of θ stored in the reference value storage unit, and reads the reference output value from the optimum phase value transmitted from the light intensity calculation unit 210. The correction is performed based on the modulation amplitude value. Then, a constant output signal having the corrected value is generated.
【0287】振幅γ発生器208は、基準値記憶部に記
憶されたγの位相シフトを行わせるために必要な基準出
力値を読み出し、この値を有する定出力信号を生成す
る。The amplitude γ generator 208 reads a reference output value necessary for causing a phase shift of γ stored in the reference value storage unit, and generates a constant output signal having this value.
【0288】位相変調発生器204bは、基準信号発生
器300で生成された基準信号B´(周波数:m/2
τ、mは2以上の奇数)にしたがい、振幅θ発生器20
2で生成された定出力信号を変調する。The phase modulation generator 204b outputs the reference signal B '(frequency: m / 2) generated by the reference signal generator 300.
τ, m is an odd number of 2 or more), and an amplitude θ generator 20
2 modulates the constant output signal generated.
【0289】これにより、干渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の奇数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
を生成する。As a result, a phase modulation signal of a rectangular wave for performing phase modulation is generated so that the phase difference of the interference light is a frequency: m / 2τ, where m is an odd number of more than 2 and the amplitude is θ.
【0290】この位相変調発生器204bは、たとえば
乗算器で構成される。This phase modulation generator 204b is formed of, for example, a multiplier.
【0291】変調発生器200bは、基準信号発生器3
00で生成された基準信号A(周波数:1/2τ)にし
たがい、振幅γ発生器208で生成された定出力信号を
変調する。Modulation generator 200b includes reference signal generator 3
The constant output signal generated by the amplitude γ generator 208 is modulated according to the reference signal A (frequency: 1 / 2τ) generated at 00.
【0292】これにより、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ となるように位相変調を行わせる、矩形波の位相変調の
動作点切換信号を生成する。As a result, a square wave phase modulation operating point switching signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes frequency: 1 / 2τ amplitude: γ is generated.
【0293】加算器176bは、位相変調発生器204
bで生成された位相変調信号と、変調発生器200bで
生成された位相変調の動作点切換信号と、セロダイン制
御部140で生成されたセロダイン信号とを加算し、位
相変調信号、位相変調の動作点切換信号およびセロダイ
ン信号の合成信号を生成する。この際、位相変調信号の
立ち上がりと、基準信号Aの立ち上がりとが同期するよ
うにして、両者を加算する。The adder 176b is connected to the phase modulation generator 204
b, the phase modulation operating point switching signal generated by the modulation generator 200b, and the serrodyne signal generated by the serrodyne control unit 140, and the phase modulation signal and the phase modulation operation are added. A composite signal of the point switching signal and the serrodyne signal is generated. At this time, the rising of the phase modulation signal and the rising of the reference signal A are synchronized so that both are added.
【0294】第1演算器172は、信号処理部110b
から送られてきた変調制御系の偏差信号を積分する積分
器である。The first computing unit 172 includes a signal processor 110b
This is an integrator that integrates the deviation signal of the modulation control system sent from the control unit.
【0295】第2演算器174は、増幅器あるいはロー
パスフィルタである。変調制御系のサーボループの設計
に合わせてゲインあるいはフィルタ定数を設計する。[0295] The second computing unit 174 is an amplifier or a low-pass filter. The gain or the filter constant is designed in accordance with the servo loop design of the modulation control system.
【0296】乗算器178は、加算器176bから出力
された、位相変調信号、位相変調の動作点切換信号およ
びセロダイン信号の合成信号のゲインを、第2演算器1
74から出力された変調制御系の偏差信号にしたがい調
節する。この結果は、D/A変換器10へ出力される。The multiplier 178 calculates the gain of the combined signal of the phase modulation signal, the phase modulation operating point switching signal, and the serrodyne signal output from the adder 176b.
The adjustment is made according to the deviation signal of the modulation control system output from 74. This result is output to the D / A converter 10.
【0297】加算器198は、振幅θ発生器202の出
力信号(位相変調信号による位相変調の振幅θに応じた
値)と、振幅γ発生器208の出力信号(位相変調の動
作点切換信号による位相変調の振幅γに応じた値)とを
加算する。この加算結果は、光強度演算部210へ出力
される。The adder 198 outputs the output signal of the amplitude θ generator 202 (a value corresponding to the amplitude θ of the phase modulation by the phase modulation signal) and the output signal of the amplitude γ generator 208 (the operation signal for switching the operation point of the phase modulation). (A value corresponding to the amplitude γ of the phase modulation). This addition result is output to the light intensity calculation unit 210.
【0298】図25は、図24に示す変調制御部170
bにおいて、位相変調信号の周波数を特定するmを3と
した場合における、各部での出力信号の波形を示してい
る。ここで、図25(a)は振幅θ発生器202の出力
信号波形を、図25(b)は位相変調発生器204bの
出力信号波形を、図25(c)は振幅γ発生器208の
出力信号波形を、図25(d)は変調発生器200bの
出力信号波形を、そして、図25(e)は位相変調信号
と位相変調の動作点切換信号の合成波形を示している。FIG. 25 is a block diagram showing modulation control section 170 shown in FIG.
3B shows the waveform of the output signal at each section when m for specifying the frequency of the phase modulation signal is set to 3. 25A shows the output signal waveform of the amplitude θ generator 202, FIG. 25B shows the output signal waveform of the phase modulation generator 204b, and FIG. 25C shows the output signal of the amplitude γ generator 208. FIG. 25D shows a signal waveform, FIG. 25D shows an output signal waveform of the modulation generator 200b, and FIG. 25E shows a composite waveform of the phase modulation signal and the phase modulation operating point switching signal.
【0299】以上、位相変調信号による位相変調周波数
(m/2τ)を特定するmが2以上の奇数の場合(たと
えば、図2の場合)における、ディジタル信号処理器1
00bについて説明した。As described above, the digital signal processor 1 in the case where m specifying the phase modulation frequency (m / 2τ) by the phase modulation signal is an odd number of 2 or more (for example, in the case of FIG. 2).
00b has been described.
【0300】以上説明した本実施形態では、、干渉光の
位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の整数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように位相変調を行わせる矩形波の動作点切換信
号と、セロダイン信号と、の合成信号を、位相変調信号
および位相変調の動作点切換信号を、位相変調信号によ
る+θの位相シフトと、位相変調の動作点切換信号によ
る+γの位相シフトとが同期するようにして生成してい
る。In the present embodiment described above, a square wave phase modulation signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light is frequency: m / 2τ, and m is an integer equal to or greater than 2 Combination of a square wave operating point switching signal and a serrodyne signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = kπ, k is an integer of 1 or more The signal is generated such that the phase modulation signal and the phase modulation operating point switching signal are synchronized with the + θ phase shift by the phase modulation signal and the + γ phase shift by the phase modulation operating point switching signal.
【0301】このため、検出光信号に含まれる光スパイ
クによる誤差が常に一定となり、変調制御での復調処理
により上記誤差が相殺、除去されるので、より正確な変
調制御が可能となる。ひいては、ジャイロのスケールフ
ァクタ誤差を低減することができる。[0301] Therefore, the error due to the optical spike included in the detection light signal is always constant, and the error is canceled or removed by the demodulation processing in the modulation control, so that more accurate modulation control can be performed. As a result, the scale factor error of the gyro can be reduced.
【0302】また、本実施形態では、干渉光の光強度の
ピーク値P0を求め、テーブルを参照して、当該求めた
値に応じた位相変調振幅θとなるように位相変調信号を
生成している。このようにすることで、常に、ランダム
ウォークによる影響を抑制することができる。In this embodiment, the peak value P 0 of the light intensity of the interference light is obtained, and a phase modulation signal is generated so as to have a phase modulation amplitude θ corresponding to the obtained value by referring to the table. ing. By doing so, it is possible to always suppress the influence of the random walk.
【0303】さらに、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を有する。Further, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
【0304】従来のデジタル方式の光ファイバジャイロ
では、たとえば、特開昭61−29715(特公平4−
7931)号公報記載のように、セロダイン信号(デジ
タルの階段状ランプ)に対して、該信号が2πに達する
と−2πの位相シフトを行うようにリセットするととも
に、セロダイン信号と位相変調信号との合成信号に対し
ても、該信号が2πに達すると−2πの位相シフトを行
うようにリセットしている。A conventional digital optical fiber gyro is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 7931), the cellodyne signal (digital stepped ramp) is reset so as to perform a phase shift of -2π when the signal reaches 2π, and the signal between the cellodyne signal and the phase modulation signal is reset. The reset is also performed on the synthesized signal so that when the signal reaches 2π, a phase shift of −2π is performed.
【0305】このため、セロダイン信号と位相変調信号
との合成信号が2πに達してから、セロダイン信号が2
πに達するまで、リセットが繰り返し行われることにな
る。特に、光ファイバジャイロへの入力角速度が非常に
低い場合、リセットの繰り返しが長時間に渡って行われ
ることになるため、ロックイン現象と呼ばれる、入力角
速度測定を測定不可能な不感帯が発生してしまう。Therefore, after the composite signal of the serrodyne signal and the phase modulation signal reaches 2π, the serrodyne signal becomes 2π.
The reset will be repeated until π is reached. In particular, when the input angular velocity to the optical fiber gyro is very low, the reset is repeated for a long time, and a dead zone called input lock-in which cannot measure the input angular velocity occurs. I will.
【0306】これに対し、本実施形態では、セロダイン
信号に対してのみリセットを行うようにしているので、
光ファイバジャイロへの入力角速度が非常に低い場合
に、リセットが繰り返し行われることはない。したがっ
て、低入力角速度時におけるロックイン現象を防止する
ことができる。On the other hand, in the present embodiment, the reset is performed only for the serrodyne signal.
When the input angular velocity to the optical fiber gyro is very low, the reset is not repeatedly performed. Therefore, the lock-in phenomenon at the time of the low input angular velocity can be prevented.
【0307】[0307]
【発明の効果】本発明によれば、光ファイバループを互
いに反対方向に伝搬する2つの光を再結合することで得
られた干渉光に含まれる光スパイク(位相シフトによっ
て生ずるスパイク状のノイズ)の、位相シフト終了時に
おける光スパイクの向き(波形が鈍る部分)が、常に一
定になる。このため、検出光信号に含まれる光スパイク
による誤差が常に一定となるので、変調制御での復調処
理により上記誤差を相殺、除去することで、より正確な
変調制御が可能となる。ひいては、ジャイロのスケール
ファクタ誤差を低減することができる。According to the present invention, an optical spike (a spike-like noise caused by a phase shift) included in interference light obtained by recombining two lights propagating in opposite directions through an optical fiber loop. , The direction of the optical spike at the end of the phase shift (the portion where the waveform is dull) is always constant. For this reason, the error due to the optical spike included in the detection light signal is always constant, so that the error can be canceled or removed by the demodulation processing in the modulation control, thereby enabling more accurate modulation control. As a result, the scale factor error of the gyro can be reduced.
【0308】また、干渉光の光強度値を検出し、テーブ
ルを参照して、当該値に応じた位相変調振幅となるよう
に位相変調信号を生成しているので、ランダムウォーク
による影響を抑制することができる。Further, since the light intensity value of the interference light is detected and the phase modulation signal is generated so as to have the phase modulation amplitude corresponding to the detected value with reference to the table, the influence of the random walk is suppressed. be able to.
【図1】本発明の一実施形態において、位相変調信号と
して、干渉光の位相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which a phase modulation signal is phase-modulated so that a phase difference of interference light becomes frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using the square wave signal to be performed,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) as the operating point switching signal of the phase modulation FIG. 4 is a diagram for explaining a phase difference.
【図2】本発明の一実施形態において、位相変調信号と
して、干渉光の位相差が、 周波数:3/2τ(m=3) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を説明するための図である。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which phase modulation is performed as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 3 / 2τ (m = 3) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using the square wave signal to be performed,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) as the operating point switching signal of the phase modulation FIG. 4 is a diagram for explaining a phase difference.
【図3】本発明の一実施形態において、位相変調信号と
して、干渉光の位相差が、 周波数:2/τ(m=4) 振幅 :π/2≦θ<π となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=2π(k=2) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の変調位相差を説明するための図である。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, in which phase modulation is performed as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 2 / τ (m = 4) amplitude: π / 2 ≦ θ <π Using the square wave signal to be performed,
Modulation in the case of using a rectangular wave signal for performing phase modulation so that the phase difference of the interference light becomes: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = 2π (k = 2) as the operating point switching signal of the phase modulation FIG. 4 is a diagram for explaining a phase difference.
【図4】本発明の一実施形態が適用されたディジタル方
式の光ファイバジャイロの概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber gyro to which an embodiment of the present invention is applied.
【図5】位相変調信号による位相変調周波数(m/2
τ)を特定するmが2以上の偶数の場合における、ディ
ジタル信号処理器100aの概略構成図である。FIG. 5 shows a phase modulation frequency (m / 2) by a phase modulation signal.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100a when m for specifying τ) is an even number of 2 or more.
【図6】図5に示す信号処理部110aの概略構成図で
ある。6 is a schematic configuration diagram of a signal processing unit 110a shown in FIG.
【図7】図1に示すような位相変調動作において、光フ
ァイバループ6に角速度が入力され、サニャック位相差
φsが生じた場合を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a case where an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sagnac phase difference φs occurs in the phase modulation operation as shown in FIG. 1;
【図8】図1に示すような位相変調動作において、位相
変調器5による位相変調に変調ゲインGに誤差が含まれ
ている場合を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a case where an error is included in the modulation gain G in the phase modulation by the phase modulator 5 in the phase modulation operation as shown in FIG.
【図9】本発明の一実施形態において、位相変調信号と
して、干渉光の位相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の検出光強度に対し、帯域制限を行わない場合のA
/D変換器入力信号波形を説明するための図である。FIG. 9 shows an embodiment of the present invention, in which phase modulation is performed as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using the square wave signal to be performed,
Detection when a square wave signal for performing phase modulation is used as the phase modulation operating point switching signal so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) A when no band limitation is applied to light intensity
FIG. 4 is a diagram for explaining a / D converter input signal waveform.
【図10】図5に示すセロダイン制御部140の概略構
成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a serrodyne control unit 140 shown in FIG. 5;
【図11】図10に示す比較器150の、第一の閾値を
+2π、第二の閾値を−2πに設定した場合における動
作フローを示す図である。11 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 shown in FIG. 10 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to −2π.
【図12】図10に示す比較器150の、第一の閾値を
+2π、第二の閾値を0に設定した場合における動作フ
ローを示す図である。12 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 shown in FIG. 10 when the first threshold value is set to + 2π and the second threshold value is set to 0.
【図13】図10に示す比較器150の、第一の閾値を
+π、第二の閾値を−πに設定した場合における動作フ
ローを示す図である。13 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 shown in FIG. 10 when the first threshold is set to + π and the second threshold is set to -π.
【図14】図10に示す第3演算器146で生成される
セロダイン信号の波形を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a waveform of a serrodyne signal generated by a third computing unit 146 shown in FIG.
【図15】図5に示す変調制御部170aの概略構成図
である。15 is a schematic configuration diagram of a modulation control unit 170a shown in FIG.
【図16】図15に示す変調制御部170aにおいて、
位相変調信号の周波数を特定するmを2とした場合にお
ける、各部での出力信号の波形を示す図である。FIG. 16 shows a modulation control unit 170a shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating waveforms of output signals at respective units when m that specifies the frequency of the phase modulation signal is 2.
【図17】図5に示す光強度演算部210の概略構成図
である。17 is a schematic configuration diagram of a light intensity calculation unit 210 shown in FIG.
【図18】光源1の相対強度雑音RINを−115[d
B/Hz]、干渉光の光強度のピーク値P0を2〜50
μWとしたときの、ランダムウォーク値−位相変調振幅
特性を示す図である。FIG. 18 shows the relative intensity noise RIN of the light source 1 as −115 [d]
B / Hz], and the peak value P 0 of the light intensity of the interference light is 2 to 50
FIG. 9 is a diagram showing a random walk value-phase modulation amplitude characteristic when μW is set.
【図19】図5に示すジャイロ出力演算部240の概略
構成図である。19 is a schematic configuration diagram of a gyro output operation unit 240 shown in FIG.
【図20】位相変調信号による位相変調周波数(m/2
τ)を特定するmが2以上の奇数の場合における、ディ
ジタル信号処理器100bの概略構成図である。FIG. 20 shows a phase modulation frequency (m / 2) by a phase modulation signal.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100b when m for specifying τ) is an odd number of 2 or more.
【図21】図20に示す信号処理部110bの概略構成
図である。21 is a schematic configuration diagram of a signal processing unit 110b shown in FIG.
【図22】図2に示すような位相変調動作において、光
ファイバループ6に角速度が入力され、サニャック位相
差φsが生じた場合を説明するための図である。FIG. 22 is a diagram for explaining a case where an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sagnac phase difference φs occurs in the phase modulation operation as shown in FIG.
【図23】図2に示すような位相変調動作において、位
相変調器5による位相変調に変調ゲインGに誤差が含ま
れている場合を説明するための図である。FIG. 23 is a diagram for explaining a case where an error is included in the modulation gain G in the phase modulation by the phase modulator 5 in the phase modulation operation as shown in FIG.
【図24】図20に示す変調制御部170bの概略構成
図である。24 is a schematic configuration diagram of a modulation control unit 170b shown in FIG.
【図25】図24に示す変調制御部170bにおいて、
位相変調信号の周波数を特定するmを3とした場合にお
ける、各部での出力信号の波形を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a modulation control unit 170b shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating waveforms of output signals at respective units when m that specifies the frequency of the phase modulation signal is set to 3;
【図26】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。FIG. 26 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
【図27】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。FIG. 27 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
【図28】従来のジャイロによる変調位相差を説明する
ための図である。FIG. 28 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
【図29】従来のジャイロによるA/D変換器入力信号
波形を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an A / D converter input signal waveform by a conventional gyro.
【図30】従来のジャイロによるA/D変換器入力信号
波形を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing an input signal waveform of an A / D converter using a conventional gyro.
【図31】本発明の一実施形態において、位相変調信号
として、干渉光の位相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の検出光強度に対し、1/2τの帯域制限を行った
場合のA/D変換器入力信号波形を説明するための図で
ある。FIG. 31 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, in which phase modulation is performed as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using the square wave signal to be performed,
Detection when a square wave signal for performing phase modulation is used as the phase modulation operating point switching signal so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) FIG. 7 is a diagram for explaining an A / D converter input signal waveform when a band is limited to 1 / 2τ with respect to light intensity.
【図32】本発明の一実施形態において、位相変調信号
として、干渉光の位相差が、 周波数:1/τ(m=2) 振幅 :0<θ≦π/2 となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用い、
位相変調の動作点切換信号として、干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=π(k=1) となるように位相変調を行わせる矩形波の信号を用いた
場合の検出光強度に対し、1/τの帯域制限を行った場
合のA/D変換器入力信号波形を説明するための図であ
る。FIG. 32 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which phase modulation is performed as a phase modulation signal such that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / τ (m = 2) amplitude: 0 <θ ≦ π / 2 Using the square wave signal to be performed,
Detection when a square wave signal for performing phase modulation is used as the phase modulation operating point switching signal so that the phase difference of the interference light is: frequency: 1 / 2τ amplitude: γ = π (k = 1) FIG. 5 is a diagram for explaining an A / D converter input signal waveform when a band is limited to 1 / τ with respect to light intensity.
【図33】本発明の一実施形態において、位相変調信号
の周波数が3/2τ(m=3)で、A/D変換器入力の
直流成分が変動している場合の逐次デモジュレータ方式
の出力特性を説明するための図である。FIG. 33 is a diagram illustrating an output of a sequential demodulator system when the frequency of a phase modulation signal is 3 / 2τ (m = 3) and the DC component of the input of the A / D converter is fluctuating in one embodiment of the present invention; It is a figure for explaining a characteristic.
【図34】本発明の一実施形態において、位相変調信号
の周波数が3/2τ(m=3)で、A/D変換器入力の
直流成分が変動している場合の非逐次デモジュレータ方
式の出力特性を説明するための図である。FIG. 34 is a diagram illustrating a non-sequential demodulator method in a case where the frequency of the phase modulation signal is 3 / 2τ (m = 3) and the DC component of the input of the A / D converter fluctuates in one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining output characteristics.
1 光源 2、4 カプラ 3 偏光子 5 位相変調器 6 光ファイバループ 7 受光器 8 電流/電圧(I/V)変換器 9、22 増幅器 10 D/A変換器 11 ドライバ 20 直流除去器 26、32 A/D変換器 100、100a、100b ディジタル信号処理器 110a、110b 信号処理部 112a、112b 第1復調器 114a、114b 第2復調器 116a、116b τ遅延器 118a、118b、176a、176b、198、2
06 加算器 122a、122b 演算器 134、136、178 乗算器 140 セロダイン制御部 142、172、212、242 第1演算器 144、174、214、246 第2演算器 146、218 第3演算器 148 基準値記憶部 150 比較器 170a、170b 変調制御部 200a、200b 変調発生器 202 振幅θ発生器 204a、204b 位相変調発生器 208 振幅γ発生器 210 光強度演算部 220 第4演算器 222 第5演算器 240 ジャイロ出力演算部 244 レジスタ 300 基準信号発生器 500 干渉計REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2, 4 coupler 3 polarizer 5 phase modulator 6 optical fiber loop 7 light receiver 8 current / voltage (I / V) converter 9, 22 amplifier 10 D / A converter 11 driver 20 DC remover 26, 32 A / D converters 100, 100a, 100b Digital signal processors 110a, 110b Signal processing units 112a, 112b First demodulators 114a, 114b Second demodulators 116a, 116b τ delayers 118a, 118b, 176a, 176b, 198, 2
06 Adders 122a, 122b Operators 134, 136, 178 Multipliers 140 Serrodyne control units 142, 172, 212, 242 First operators 144, 174, 214, 246 Second operators 146, 218 Third operators 148 Reference Value storage unit 150 Comparator 170a, 170b Modulation control unit 200a, 200b Modulation generator 202 Amplitude θ generator 204a, 204b Phase modulation generator 208 Amplitude γ generator 210 Light intensity calculator 220 Fourth calculator 222 Fifth calculator 240 Gyro output operation unit 244 Register 300 Reference signal generator 500 Interferometer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 貫志 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kanji Yamamoto 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Inside Tokimec Co., Ltd.
Claims (23)
する2つの光を再結合することで得られる干渉光のサニ
ャック位相差に応じた回転角速度または回転角度を検出
する光ファイバジャイロであって、 位相変調信号と、位相変調の動作点切換信号と、サニャ
ック位相差を打ち消すためのセロダイン信号と、の合成
信号を生成する信号生成手段と、 前記信号生成手段で生成された合成信号にしたがい、前
記光ファイバループを伝搬する2つの光を各々位相変調
する位相変調器と、を備え、 前記信号生成手段は、前記光ファイバループでの光の伝
搬時間をτとした場合、前記干渉光の位相差が、 周波数:m/2τ、mは2以上の整数 振幅 :θ となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調信号
と、 前記干渉光の位相差が、 周波数:1/2τ 振幅 :γ=kπ、kは1以上の整数 となるように位相変調を行わせる矩形波の位相変調の動
作点切換信号と、 各階段の継続時間:τ/n、nは1以上の整数の階段状
のセロダイン信号と、の合成信号を、 位相変調信号による+θの位相シフトと、位相変調の動
作点切換信号による+γの位相シフトとが同期するよう
にして生成することを特徴とする光ファイバジャイロ。An optical fiber gyro for detecting a rotation angular velocity or a rotation angle according to a Sagnac phase difference of interference light obtained by recombining two lights propagating in an optical fiber loop in opposite directions, A signal generation unit that generates a composite signal of a phase modulation signal, an operation point switching signal for phase modulation, and a serrodyne signal for canceling a Sagnac phase difference, and according to the composite signal generated by the signal generation unit, A phase modulator for phase-modulating each of two lights propagating through the optical fiber loop, wherein the signal generation unit determines a phase difference of the interference light when a propagation time of the light in the optical fiber loop is τ. Where: frequency: m / 2τ, m is an integer greater than or equal to 2 Amplitude: θ A phase modulation signal of a rectangular wave for performing phase modulation so as to be: τ amplitude: γ = kπ, where k is an integer of 1 or more, an operating point switching signal for rectangular wave phase modulation for performing phase modulation, and duration of each step: τ / n, where n is an integer of 1 or more A stepped serodyne signal and a combined signal of the phase modulation signal and the + γ phase shift by the phase modulation operating point switching signal are generated in synchronization with each other. Fiber gyro.
て、 kが奇数:0<θ≦π/2 kが偶数:π/2≦θ<π であることを特徴とする光ファイバジャイロ。2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein k is an odd number: 0 <θ ≦ π / 2, and k is an even number: π / 2 ≦ θ <π.
て、 kは1であることを特徴とする光ファイバジャイロ。3. An optical fiber gyro according to claim 1, wherein k is 1.
あって、 mは2以上の偶数であることを特徴とする光ファイバジ
ャイロ。4. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein m is an even number of 2 or more.
て、 前記信号生成手段は、 θの位相シフトを行うのに必要な信号を定出力信号とし
て生成する第一の定出力信号生成手段と、 前記第一の定出力信号生成手段で生成された定出力信号
を、m/2τの周波数で変調して、前記位相変調信号を
生成する第一の変調手段と、 γの位相シフトを行うのに必要な信号を定出力信号とし
て生成する第二の定出力信号生成手段と、 前記第一の変調手段で生成された位相変調信号と前記第
二の定出力信号生成手段で生成された定出力信号とを加
算して信号を生成する第一の加算手段と、 前記第一の加算手段で生成された信号を、1/2τの周
波数で変調することで、前記位相変調信号と前記位相変
調の動作点切換信号との合成信号を、前記位相変調信号
による+θの位相シフトと、前記位相変調の動作点切換
信号による+γの位相シフトとが同期するように生成す
る第二の変調手段と、 前記第二の変調手段で生成された合成信号と前記セロダ
イン信号とを加算して、前記位相変調信号、前記位相変
調の動作点切換信号、および前記セロダイン信号の合成
信号を生成する第二の加算手段と、を備えることを特徴
とする光ファイバジャイロ。5. The optical fiber gyro according to claim 4, wherein said signal generating means includes a first constant output signal generating means for generating a signal necessary for performing a phase shift of θ as a constant output signal. A first modulation unit for modulating the constant output signal generated by the first constant output signal generation unit at a frequency of m / 2τ to generate the phase modulation signal, and performing a phase shift of γ. Second constant output signal generating means for generating a signal necessary for the constant output signal, a phase modulation signal generated by the first modulation means and a constant output generated by the second constant output signal generating means First addition means for adding a signal to generate a signal; and modulating the signal generated by the first addition means at a frequency of 1 / 2τ, thereby obtaining the phase modulation signal and the phase modulation signal. Converting the synthesized signal with the operating point switching signal into the phase modulated signal; Second modulating means for generating a phase shift of + θ and a phase shift of + γ by the operating point switching signal of the phase modulation in synchronism with each other; a composite signal generated by the second modulating means and the cellodyne. An optical fiber gyro, comprising: a second adding unit that adds a signal to generate a composite signal of the phase modulation signal, the operating point switching signal of the phase modulation, and the serrodyne signal.
て、 前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光
手段と、 前記受光手段の出力をm/2τの周波数で復調する第一
の復調手段と、 前記第一の復調手段の出力を1/2τの周波数で復調す
る第二の復調手段と、 前記第二の復調手段の出力を時間τだけ遅延させる遅延
手段と、 前記第二の復調手段の出力と前記遅延手段の出力とを加
算して、前記サニャック位相差に応じた信号を検出する
第三の加算手段と、をさらに備え、 前記信号生成手段は、前記第三の加算手段から出力され
たサニャック位相差に応じた信号にしたがい、前記セロ
ダイン信号を生成するセロダイン信号生成手段をさらに
備えることを特徴とする光ファイバジャイロ。6. An optical fiber gyro according to claim 5, wherein said light receiving means detects the light intensity of said interference light and converts it into an electric signal, and demodulates the output of said light receiving means at a frequency of m / 2τ. A first demodulation unit, a second demodulation unit for demodulating an output of the first demodulation unit at a frequency of 1 / 2τ, a delay unit for delaying an output of the second demodulation unit by a time τ, Third adding means for adding the output of the second demodulating means and the output of the delay means to detect a signal corresponding to the Sagnac phase difference, and wherein the signal generating means comprises the third An optical fiber gyro, further comprising: a serrodyne signal generating means for generating the serrodyne signal in accordance with a signal corresponding to the Sagnac phase difference output from the adding means.
て、 前記第一の復調手段の出力を所定の時間間隔で平均化す
ることで、変調ゲイン誤差に応じた信号を検出する演算
手段をさらに備え、 前記信号生成手段は、前記演算手段から出力された変調
ゲイン誤差に応じた信号にしたがい、前記第二の加算手
段から出力された合成信号のゲインを制御する変調ゲイ
ン制御手段をさらに備えることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。7. An optical fiber gyro according to claim 6, wherein an arithmetic means for detecting a signal corresponding to a modulation gain error by averaging an output of said first demodulation means at predetermined time intervals. The signal generation unit further includes a modulation gain control unit that controls a gain of a composite signal output from the second addition unit according to a signal corresponding to a modulation gain error output from the calculation unit. An optical fiber gyro characterized by the above.
て、 前記第三の加算手段から出力されたサニャック位相差に
応じた信号に基づいて、回転角速度または回転角度を算
出するジャイロ出力演算手段と、 前記受光手段の出力から前記干渉光の光強度値を求める
光強度演算手段と、 光強度値とジャイロ出力のスケールファクタ誤差を補正
するための補正係数との対応関係を示すテーブルを記憶
する手段と、をさらに備え、 前記ジャイロ出力演算手段は、前記テーブルに示され
た、前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値
に対応する補正係数にしたがい、算出結果を補正して出
力することを特徴とする光ファイバジャイロ。8. The optical fiber gyro according to claim 6, wherein a gyro output calculating means for calculating a rotational angular velocity or a rotational angle based on a signal corresponding to the Sagnac phase difference output from the third adding means. A light intensity calculating unit for obtaining a light intensity value of the interference light from an output of the light receiving unit; and a table showing a correspondence relationship between the light intensity value and a correction coefficient for correcting a scale factor error of the gyro output. Means, and the gyro output calculating means corrects the calculation result according to a correction coefficient corresponding to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculating means, which is shown in the table. An optical fiber gyro characterized by outputting.
て、 前記受光手段の出力から前記干渉光の光強度値を求める
光強度演算手段と、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値と所
定の基準値との差分にしたがい、AGC(Automatic Ga
in Control)信号を生成するAGC信号生成手段と、 前記AGC信号生成手段で生成されたAGC信号にした
がい、前記受光手段から出力された信号のゲインを制御
するループゲイン制御手段と、 をさらに備えることを特徴とする光ファイバジャイロ。9. The optical fiber gyro according to claim 6, wherein: a light intensity calculating means for obtaining a light intensity value of the interference light from an output of the light receiving means; According to the difference between the light intensity value and a predetermined reference value, the AGC (Automatic Ga
AGC signal generation means for generating a signal, and a loop gain control means for controlling a gain of a signal output from the light receiving means in accordance with the AGC signal generated by the AGC signal generation means. An optical fiber gyro characterized by the following.
であって、mは2以上の奇数であることを特徴とする光
ファイバジャイロ。10. An optical fiber gyro according to claim 1, wherein m is an odd number of 2 or more.
あって、 前記信号生成手段は、 θの位相シフトを行うのに必要な信号を定出力信号とし
て生成する第一の定出力信号生成手段と、 前記第一の定出力信号生成手段で生成された定出力信号
を、m/2τの周波数で変調して、前記位相変調信号を
生成する第一の変調手段と、 γの位相シフトを行うのに必要な信号を定出力信号とし
て生成する第二の定出力信号生成手段と、 前記第二の定出力信号生成手段で生成された定出力信号
を、1/2τの周波数で変調して、前記位相変調の動作
点切換信号を生成する第二の変調手段と、 前記第一の変調手段で生成された位相変調信号、前記第
二の変調手段で生成された位相変調の動作点切換信号、
および前記セロダイン信号を、前記位相変調信号による
+θの位相シフトと前記位相変調の動作点切換信号によ
る+γの位相シフトとが同期するように加算して、前記
合成信号を生成する第一の加算手段と、を備えることを
特徴とする光ファイバジャイロ。11. The optical fiber gyro according to claim 10, wherein said signal generating means includes: first constant output signal generating means for generating a signal necessary for performing a phase shift of θ as a constant output signal; A first modulating means for modulating the constant output signal generated by the first constant output signal generating means at a frequency of m / 2τ to generate the phase modulated signal, and performing a phase shift of γ. A second constant output signal generating means for generating a signal necessary for the constant output signal, and modulating the constant output signal generated by the second constant output signal generating means at a frequency of 1 / 2τ, A second modulation unit that generates an operation point switching signal of phase modulation, a phase modulation signal generated by the first modulation unit, an operation point switching signal of phase modulation generated by the second modulation unit,
First adding means for adding the serrodyne signal so that the + θ phase shift by the phase modulation signal and the + γ phase shift by the phase modulation operating point switching signal are synchronized to generate the composite signal And an optical fiber gyro, comprising:
あって、 前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光
手段と、 前記受光手段の出力をm/2τの周波数で復調する第一
の復調手段と、 前記第一の復調手段の出力を時間τだけ遅延させる遅延
手段と、 前記第一の復調手段の出力と前記遅延手段の出力とを加
算して、前記サニャック位相差に応じた信号を検出する
第二の加算手段と、をさらに備え、 前記信号生成手段は、前記第二の加算手段から出力され
たサニャック位相差に応じた信号にしたがい、前記セロ
ダイン信号を生成するセロダイン信号生成手段をさらに
備えることを特徴とする光ファイバジャイロ。12. An optical fiber gyro according to claim 11, wherein a light receiving means for detecting a light intensity of the interference light and converting the light intensity into an electric signal, and demodulating an output of the light receiving means at a frequency of m / 2τ. First demodulation means, delay means for delaying the output of the first demodulation means by time τ, adding the output of the first demodulation means and the output of the delay means, to the Sagnac phase difference Second adding means for detecting a corresponding signal, wherein the signal generating means generates the serrodyne signal according to a signal corresponding to the Sagnac phase difference output from the second adding means. An optical fiber gyro further comprising signal generation means.
あって、 前記第一の復調手段の出力を1/2τの周波数で復調す
る第二の復調手段と、 前記第二の復調手段の出力を所定の時間間隔で平均化す
ることで、変調ゲイン誤差に応じた信号を検出する演算
手段と、をさらに備え、 前記信号生成手段は、前記演算手段から出力された変調
ゲイン誤差に応じた信号にしたがい、前記第一の加算手
段から出力された合成信号のゲインを制御する変調ゲイ
ン制御手段をさらに備えることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。13. An optical fiber gyro according to claim 12, wherein said second demodulation means demodulates an output of said first demodulation means at a frequency of 1 / 2τ, and outputs an output of said second demodulation means. Calculating means for detecting a signal corresponding to the modulation gain error by averaging at a predetermined time interval, wherein the signal generating means converts the signal corresponding to the modulation gain error output from the calculating means to Accordingly, the optical fiber gyro further comprises a modulation gain control means for controlling a gain of the composite signal output from the first addition means.
あって、 前記第二の加算手段から出力されたサニャック位相差に
応じた信号に基づいて、回転角速度または回転角度を算
出するジャイロ出力演算手段と、 前記受光手段の出力から前記干渉光の光強度値を求める
光強度演算手段と、 光強度値とジャイロ出力のスケールファクタ誤差を補正
するための補正係数との対応関係を示すテーブルを記憶
する手段と、をさらに備え、 前記ジャイロ出力演算手段は、前記テーブルに示され
た、前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値
に対応する補正係数にしたがい、算出結果を補正して出
力することを特徴とする光ファイバジャイロ。14. An optical fiber gyro according to claim 12, wherein a gyro output calculating means for calculating a rotation angular velocity or a rotation angle based on a signal corresponding to the Sagnac phase difference outputted from said second addition means. A light intensity calculating unit for obtaining a light intensity value of the interference light from an output of the light receiving unit; and a table showing a correspondence relationship between the light intensity value and a correction coefficient for correcting a scale factor error of the gyro output. Means, and the gyro output calculating means corrects the calculation result according to a correction coefficient corresponding to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculating means, which is shown in the table. An optical fiber gyro characterized by outputting.
あって、 前記受光手段の出力から前記干渉光の光強度値を求める
光強度演算手段と、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値と所
定の基準値との差分にしたがい、AGC(Automatic Ga
in Control)信号を生成するAGC信号生成手段と、 前記AGC信号生成手段で生成されたAGC信号にした
がい、前記受光手段から出力された信号のゲインを制御
するループゲイン制御手段と、 をさらに備えることを特徴とする光ファイバジャイロ。15. The optical fiber gyro according to claim 12, wherein: a light intensity calculating means for obtaining a light intensity value of the interference light from an output of the light receiving means; According to the difference between the light intensity value and a predetermined reference value, the AGC (Automatic Ga
AGC signal generation means for generating a signal, and a loop gain control means for controlling a gain of a signal output from the light receiving means in accordance with the AGC signal generated by the AGC signal generation means. An optical fiber gyro characterized by the following.
ジャイロであって、 前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光
手段と、 前記受光手段の出力から前記干渉光の光強度値を求める
光強度演算手段と、をさらに備え、 前記信号生成手段は、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に応
じてθが変わるように前記位相変調信号を生成すること
を特徴とする光ファイバジャイロ。16. An optical fiber gyro according to claim 1, 2 or 3, wherein a light receiving means for detecting a light intensity of the interference light and converting the light intensity into an electric signal; Light intensity calculating means for obtaining a light intensity value, wherein the signal generating means generates the phase modulation signal such that θ changes according to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculating means. An optical fiber gyro characterized by:
あって、 光強度とθとの対応関係を示すテーブルを記憶する手段
をさらに備え、 前記信号生成手段は、 前記テーブルに示された、前記光強度演算手段で求めた
前記干渉光の光強度値に対応するθとなるように、前記
位相変調信号を生成することを特徴とする光ファイバジ
ャイロ。17. The optical fiber gyro according to claim 16, further comprising means for storing a table indicating a correspondence relationship between light intensity and θ, wherein said signal generation means includes: An optical fiber gyro, wherein the phase modulation signal is generated so as to be θ corresponding to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculating means.
17記載の光ファイバジャイロであって、 前記光強度演算手段は、前記受光手段の出力とθおよび
γとを基に、前記干渉光の光強度値として当該干渉光の
光強度のピーク値を求めることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。18. The optical fiber gyro according to claim 8, 9, 14, 15, 16, or 17, wherein the light intensity calculating means is configured to determine the interference based on an output of the light receiving means and θ and γ. An optical fiber gyro, wherein a peak value of a light intensity of the interference light is obtained as a light intensity value of the light.
あって、 前記光強度演算手段は、前記干渉光の光強度のピーク値
をP0、前記受光手段の出力をVoutとしたときに、 P0=2Vout/{1+cos(γ±θ)} により、前記干渉光の光強度のピーク値を求めることを
特徴とする光ファイバジャイロ。19. An optical fiber gyro according to claim 18, wherein said light intensity calculating means sets a peak value of light intensity of said interference light to P 0 and an output of said light receiving means to V out . An optical fiber gyro, wherein a peak value of the light intensity of the interference light is obtained from P 0 = 2V out / {1 + cos (γ ± θ)}.
ジャイロであって、 前記信号生成手段は、 セロダイン信号生成手段と、 セロダイン信号生成手段によるセロダイン信号の生成を
リセットするリセット手段と、を備え、 前記リセット手段は、 前記セロダイン信号による変調位相差の累積結果が第一
の閾値に達すると、干渉光の位相差が−2πの位相シフ
トとなるように、前記セロダイン信号生成手段をリセッ
トし、 かつ、前記セロダイン信号による変調位相差の累積結果
が前記第一の閾値よりも2π低い第二の閾値に達する
と、干渉光の位相差が+2πの位相シフトとなるよう
に、前記セロダイン信号生成手段をリセットすることを
特徴とする光ファイバジャイロ。20. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein said signal generating means includes: a serrodyne signal generating means; and a reset means for resetting generation of a serrodyne signal by the serrodyne signal generating means. The resetting means resets the serrodyne signal generation means so that when the accumulation result of the modulation phase difference by the serrodyne signal reaches a first threshold, the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2π. And when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches a second threshold value that is 2π lower than the first threshold value, the serrodyne signal generation is performed so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2π. An optical fiber gyro characterized by resetting means.
あって、 前記第一の閾値は+πであり、前記第二の閾値は−πで
あることを特徴とする光ファイバジャイロ。21. An optical fiber gyro according to claim 20, wherein said first threshold value is + π and said second threshold value is -π.
あって、 前記第一の閾値は+2πであり、前記第二の閾値は0で
あることを特徴とする光ファイバジャイロ。22. The optical fiber gyro according to claim 20, wherein the first threshold is + 2π and the second threshold is zero.
ジャイロであって、 前記信号生成手段は、 セロダイン信号生成手段と、 前記位相変調信号および前記動作点切換信号と合成され
る前のセロダイン信号が閾値に達したときに、前記セロ
ダイン信号生成手段でのセロダイン信号の生成をリセッ
トするリセット手段をさらに備えることを特徴とする光
ファイバジャイロ。23. The optical fiber gyro according to claim 1, 2 or 3, wherein the signal generating means is a serrodyne signal generating means, and a serrodyne before being combined with the phase modulation signal and the operating point switching signal. An optical fiber gyro, further comprising: reset means for resetting generation of a serrodyne signal by the serrodyne signal generating means when the signal reaches a threshold value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10059662A JPH11257971A (en) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Optical fiber gyro |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10059662A JPH11257971A (en) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Optical fiber gyro |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11257971A true JPH11257971A (en) | 1999-09-24 |
Family
ID=13119644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10059662A Pending JPH11257971A (en) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Optical fiber gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11257971A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007523356A (en) * | 2004-02-24 | 2007-08-16 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Fiber optic gyroscope system and method for reducing color noise |
-
1998
- 1998-03-11 JP JP10059662A patent/JPH11257971A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007523356A (en) * | 2004-02-24 | 2007-08-16 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Fiber optic gyroscope system and method for reducing color noise |
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