JPS58124285A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、レーザ角速度センサにディザ−をかける、す
なわちバイアスをかけることにより、ロックイン現象を
原因とするジャイロ出力角誤差の累積を減少させる改良
した方法およびこの新規な方法を実施する装置に関する
ものである1゜〔従来技術〕
時にはリング・レーザ・ジャイロと呼ばれる簡単なレー
ザ角速度センサにおいては、回転速度を検出すべき中心
を成す入力軸を定める閉ループ路にほぼ沿って互いに逆
向きに進ませるために2つの単色光ビームが発生される
。入力軸を中心としてリング・レーザ・ジャイロが回転
すると、一方のビームが進む実効レーザ路の長さが長く
され、他方のビームが進む実効レーザ路が短くされる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention provides an improvement for reducing the accumulation of gyro output angular error caused by the lock-in phenomenon by dithering or biasing a laser angular velocity sensor. 1. [Prior Art] In a simple laser angular velocity sensor, sometimes called a ring laser gyro, it is necessary to define an input axis around which the rotational speed is to be detected. Two monochromatic light beams are generated to travel in opposite directions generally along a closed loop path. Rotation of the ring laser gyro about the input axis lengthens the effective laser path length of one beam and shortens the effective laser path length of the other beam.
その結果として2つのビームの経路の長さが変化すると
各ビームの振動数が変化させられ、一方が高く々す、他
方が低く々る。その理由は、レーザ・ビームの振動数は
レーザ経路の長さに依存するからである6、2つの合波
の振動数、したがって2つの波の振動数の差は閉ループ
路の回転の関数であり、2つの波の回転の関数である位
相関係が2つの波の間に定められる。As a result, changing the path lengths of the two beams causes the frequency of each beam to change, making one higher and the other lower. The reason is that the frequency of the laser beam depends on the length of the laser path6, and the frequency of the two combined waves, and therefore the difference between the frequencies of the two waves, is a function of the rotation of the closed-loop path. , a phase relationship is established between the two waves that is a function of their rotation.
2つのビームの振動数が異なるとそれらのビームの間の
位相Wがその振動数の差に比例する率で変化する1、2
つのビームの間の全位相変化△Wは振動数差の時間積分
に比例し、かつジャイロの入力軸を中心とする入力回転
速度の時間積分に比例する。したがって、ある時間にわ
たる全位相変化量は積分時間中の入力軸を中心とする全
角度変位を示し、2つの波の間の位相の変化率dF/d
tはジャイロの入力軸を中心とする回転速度を示す。When two beams have different frequencies, the phase W between them changes at a rate proportional to the difference in frequency1,2
The total phase change ΔW between the two beams is proportional to the time integral of the frequency difference and proportional to the time integral of the input rotational speed about the input axis of the gyro. Therefore, the total phase change over time represents the total angular displacement about the input axis during the integration time, and the rate of change of phase between the two waves dF/d
t indicates the rotation speed around the input axis of the gyro.
しかし、低回転速度では2つのビームの振動数差は小さ
く、2つのビームはただ1つの振動数で振動するように
互いに共振すなわち1−ロンフィン1しようとする。し
たがって、簡単なレーザ・ジャイロにおいては低回転速
度では振動数差は零であるから低回転速度を測定するこ
とは不可能となる。However, at low rotational speeds, the frequency difference between the two beams is small, and the two beams tend to resonate with each other, i.e., to vibrate at only one frequency. Therefore, in a simple laser gyro, the frequency difference is zero at low rotational speeds, making it impossible to measure low rotational speeds.
それ以下では2つのビームの間の振動数差が零と々るよ
う外回転速度は一般に10ツクイン速度」と呼ばれてい
る。ジャイロがロックイン速度以下で回転しており、か
つビームがロンフィンされている時は、ジャイロの出力
角度誤差は零となる。The outer rotation speed is generally referred to as the 10-twin speed, below which the frequency difference between the two beams becomes zero. When the gyro is rotating below the lock-in speed and the beam is long-finned, the gyro's output angle error is zero.
もちろん、低回転速度を正確に測定できないと航行装置
におけるレーザ角速度センサのM幼性が低下することに
なる。したがって、レーザ角速度センサを航行装置で一
層効果的に使用できるように、レーザ角速度センサの分
野においては[ロンフィン1の影響を小さくするか、な
くすことを目的として多くの開発研究が行われている。Of course, if low rotational speeds cannot be accurately measured, the M characteristics of the laser angular velocity sensor in the navigation device will be reduced. Therefore, in order to use laser angular velocity sensors more effectively in navigation equipment, much development research is being conducted in the field of laser angular velocity sensors with the aim of reducing or eliminating the effect of the long fin 1.
「ロンクインコの影響を小さくするか、なくすだめの1
つの技術が本出願人の所有する米国特許第337365
0号に開示されている。その米国特許に開示されている
のは、互いに逆向きに進む2つの光ビームに振動数バイ
アスを導入するだめの要素が設けられているレーザ角速
度センサである。与えられる振動数バイアスは、[ロン
フィン−1直前に生ずる振動数差より犬き々振動数差を
、互いに逆向きに進む2つの光ビームの間に大部分の時
間にわたって存在させるようなものである。更に、導入
される振動数差の符号すなわち極性は、周期的に反転す
るバイアスの完全な1サイクルの後で2つの光バイアス
の間の時間積分された振動数差がほぼ零であるように、
周期的に反転させられる。``One way to reduce or eliminate the impact of long parakeets.''
No. 337,365 owned by the applicant
It is disclosed in No. 0. That patent discloses a laser angular rate sensor that is provided with an element for introducing a frequency bias into two light beams traveling in opposite directions. The applied frequency bias is such that a much higher frequency difference exists between the two light beams traveling in opposite directions for most of the time than the frequency difference that occurs just before Ronfin-1. . Furthermore, the sign or polarity of the introduced frequency difference is such that after one complete cycle of periodically reversing biases, the time-integrated frequency difference between the two optical biases is approximately zero.
be periodically reversed.
バイアスの符号すなわち向きが反転する時刻の附近では
、振動数差がロックイン速度から零までの範囲にわたる
から、「ロンフィン」される傾向にある。バイアスが「
ロンフィン」されている時間は非常に短いから、その結
果としてジャイロ出力角誤差が累積される可能性は大幅
に減少する。しかし、それでもジャイロ出力角信号中に
誤差が累積し、やがてはその誤差は面倒なレベルに達す
る1゜これは航行装置においてとくにそうである。Near the time when the sign or direction of the bias reverses, the frequency difference ranges from the lock-in speed to zero, so there is a tendency for "long-finning". Bias is “
Since the time in which the gyro is finned is very short, the potential for gyro output angle errors to accumulate is greatly reduced as a result. However, errors still accumulate in the gyro output angle signal, and eventually the errors reach troublesome levels.1° This is especially true in navigation equipment.
前記米国特許に示されているバイアス装置の改良が本願
出願人の有する米国特許第3467472号に開示され
ている。この米国特許には、前記米国特許第33636
50号に示されているバイアスを周期的に変化させるこ
とに加えて、バイアスの反転が起る時刻附近で生ずる小
さなジャイロ出力角度誤差がランダム化されて平均累積
誤差が小さくなるように、バイアスをランダム化して与
えるバイアス装置が開示甥れている。この改良は十分な
ものではあるが慣性航行装置にレーザ角速度センサを広
く応用させるためにはロンフィン誤差を一層小さくする
ことが求められる。An improvement to the biasing device shown in the aforementioned US patent is disclosed in commonly assigned US Pat. No. 3,467,472. This U.S. patent includes the aforementioned U.S. Pat.
In addition to periodically varying the bias as shown in No. 50, the bias can be changed so that the small gyro output angle errors that occur around the time when bias reversal are randomized, reducing the average cumulative error. A bias device that provides randomization is disclosed. Although this improvement is sufficient, in order to widely apply laser angular velocity sensors to inertial navigation systems, it is necessary to further reduce the Ronfin error.
第1図は米国特許第3373650号と第346747
2号に示されている周知の典型的々リング・レーザ・ジ
ャイロ100を示すものである。レーザ発生媒体10が
ほぼ単一振動数の互いに逆向きに進む2本のビーム11
.12を生ずる。それらのビームは反射鏡13,14.
15で形成された三角形状の閉ループ路に沿って進む。Figure 1 is U.S. Patent Nos. 3,373,650 and 346,747.
2 shows a well-known typical ring laser gyro 100 shown in FIG. Two beams 11 in which the laser generating medium 10 has a substantially single frequency and travel in opposite directions
.. yields 12. Those beams are reflected by mirrors 13, 14 .
Proceed along the triangular closed loop path formed by 15.
この閉ループ路は直交基準軸、ここではジャイロ入力軸
と呼ぶ、26を囲んでいる様子が示されている。This closed loop path is shown surrounding an orthogonal reference axis, herein referred to as the gyro input axis, 26.
閉ループ路はいくつかの方法で作ることができる。たと
えば、反射鏡13は希望によっては凹球面鏡13′にで
きる。この凹面鏡により光路の位置合わせを行うことが
できる。平面鏡である反射鏡14の位置はトランスデユ
ーサ14Aにより制御できる1、レーザ発振を最適に行
わせるために、互いに逆向きに進む2つの光ビームの光
路長を制御するように反射鏡14を位置させることがで
きる。Closed loop paths can be created in several ways. For example, the reflector 13 can be a concave spherical mirror 13' if desired. This concave mirror allows alignment of the optical path. The position of the reflecting mirror 14, which is a plane mirror, can be controlled by the transducer 14A1. In order to optimally perform laser oscillation, the reflecting mirror 14 is positioned so as to control the optical path lengths of the two light beams traveling in opposite directions. can be done.
そのトランスデユーサは本願出願人の所有する米国特許
第3581227号に開示されている。jまた、光路長
制御装置は本願出願人の所有する米国特許第41529
71号に開示されている。Such a transducer is disclosed in commonly owned US Pat. No. 3,581,227. j Also, the optical path length control device is disclosed in U.S. Patent No. 41529 owned by the applicant.
It is disclosed in No. 71.
反射鏡15と、組合せプリズム21と、検出器22との
組合せによりレーザジャイロ読出し器が構成される。反
射鏡15は半透明平面鏡として示されている。したがっ
て、光ビーム11.12のエネルギーの一部はその反射
鏡15を透過できる。The combination of the reflecting mirror 15, combination prism 21, and detector 22 constitutes a laser gyro reader. Reflector 15 is shown as a semi-transparent plane mirror. A portion of the energy of the light beam 11.12 can therefore be transmitted through its reflector 15.
反射鏡15を透過したビーム11.12のエネルギ一部
分は組合せプリズム21に入射して、その組合せプリズ
ム21からの出力光ビーム11’、12’が互いに直交
させられる。A portion of the energy of the beams 11, 12 transmitted through the reflector 15 is incident on the combination prism 21, so that the output light beams 11', 12' from the combination prism 21 are orthogonal to each other.
それらの光ビーム11’、12’は互いに逆向きに進む
2つの光ビーム11.12の振動数と位相に独特に関連
させられる。それらの光ビーム11’、12’は検出器
22で重畳させられて、明暗の帯が交互に並んで構成さ
れた干渉しまパターンを生ずる。その干渉しまけ互いに
逆向きに進む2つの光ビームの間の瞬時位相関係のふる
まいを示すものである。These light beams 11', 12' are uniquely related to the frequency and phase of the two light beams 11.12 traveling in opposite directions. The light beams 11', 12' are superimposed by a detector 22 to produce an interference stripe pattern consisting of alternating light and dark bands. This figure shows the behavior of the instantaneous phase relationship between two light beams traveling in opposite directions due to interference.
互いに逆向きに進む2つの光ビームの振動数が同じであ
れば互いに逆向きに進む2つの光ビームの間の瞬時位相
は一定であり、干渉しまパターンは一定である。しかし
、互いに逆向きに進む2つの光ビームの振動数が異なる
と、それらのビームの瞬時位相関係は時間とともに変化
し、2つのビームのうちのいずれの振動数が高いかに応
じて、干渉し壕ハターンは右または左を動くように見え
る。If the two light beams traveling in opposite directions have the same frequency, the instantaneous phase between the two light beams traveling in opposite directions is constant, and the interference pattern is constant. However, if two light beams traveling in opposite directions have different frequencies, their instantaneous phase relationship will change over time, and depending on which of the two beams has a higher frequency, they will interfere and cause interference. Hatan appears to move to the right or left.
したがって、2つの光ビームの間の瞬時位相関係をモニ
タすることにより、入力@26を中心とする回転運動の
大きさと向きを決定できる。その運動の向きは位相変化
の向き、すなわち、どのビームの振動数が高いかにより
決定され、回転の角度、す力わち、ある基準位置からの
閉ループ路の角変位、はしまの数の変化と、検出器の固
定基準マークを通るその部分により測定される。干渉し
まの完全々各変化(す々わち、最高輝度から最低輝度、
最低輝度から最高輝度まで)は2つの光ビームの間の2
πラジアンの位相変化を表す。干渉しまの動きの変化率
はレーザ・ジャイロ入力軸26を中心とする回転速度を
示す。Therefore, by monitoring the instantaneous phase relationship between the two light beams, the magnitude and direction of the rotational movement about the input @26 can be determined. The direction of its motion is determined by the direction of phase change, i.e. which beam has a higher frequency, and by the angle of rotation, i.e. the angular displacement of the closed loop path from a certain reference position, and the change in the number of fringes. and its portion passing through a fixed reference mark on the detector. Complete changes in interference stripes (from highest to lowest brightness,
from the lowest brightness to the highest brightness) is 2 between the two light beams.
Represents a phase change in π radians. The rate of change of the movement of the interference stripes indicates the rotational speed about the laser gyro input axis 26.
2つのレーザ・ビームのレーザ・ジャイロ位相を検出す
る装置の一例が第1a図に示されている。An example of an apparatus for detecting the laser gyro phase of two laser beams is shown in FIG. 1a.
この装置は組合せプリズム21の出力側に、干渉じまの
間隔の約4分の1(λ/4)だけ隔てて配置される2つ
の検出器22a、22bより成る。この装置の物理的寸
法はその装置における光学的関係に依存する。検出器2
2B、 22bは干渉しまパターンの強さを示す出力信
号を発生する光検出器で構成できる。This device consists of two detectors 22a, 22b placed on the output side of a combination prism 21, separated by about one-fourth (λ/4) of the spacing of the interference fringes. The physical dimensions of the device depend on the optical relationships in the device. Detector 2
2B, 22b can be comprised of a photodetector that generates an output signal indicative of the strength of the interference stripe pattern.
検出器22a、22bを干渉じ捷の間隔の約4分の1だ
け隔てることにより干渉しまの運動の向きと大きさをモ
ニタできる様な位相の光検出器の出力が得られる。ジャ
イロが時計回りに回転させられると、干渉しまパターン
は1つの向きに動き、ジャイロが逆時計口りに回転させ
られると、干渉しまパターンは逆の向きに動く。一方の
検出器を通る干渉し捷の動き(明から暗)から生ずる輝
度の最高と最低の数を数えることにより回転速度は決定
され、検出器22a 、 22bにより与えられる2つ
の輝透信号の向きの変化を比較することにより回転の向
きが決定される1、各検出器により検出された輝度の値
は互いに逆向きに進む2つの光ビームの間の瞬時位相を
示す。後で説明するように、各光ビームは異なるオフセ
ント角度βだけオフセットされる。By separating the detectors 22a, 22b by about one-fourth the spacing of the interference stripes, the output of the photodetectors is phased such that the direction and magnitude of the movement of the interference stripes can be monitored. When the gyro is rotated clockwise, the interference fringe pattern moves in one direction, and when the gyro is rotated counterclockwise, the interference fringe pattern moves in the opposite direction. The rotation speed is determined by counting the number of maximum and minimum brightnesses resulting from interfering motions (light to dark) passing through one of the detectors, and the orientation of the two brightness signals provided by detectors 22a, 22b. The direction of rotation is determined by comparing the changes in 1, the brightness values detected by each detector indicating the instantaneous phase between the two light beams traveling in opposite directions. As explained later, each light beam is offset by a different offset angle β.
各時刻ごとに各検出器は、第1a図に示されているよう
に、異なる輝度に応答する。各検出器の出力は、パター
ンの輝度と瞬時位相Wに対する検出器の空間的な場所に
依存するあるオフセット位相定数βだけオフセントされ
ている、ビームの間の位相Wに直接関連する。第1a図
に示されている実施例では、βの値はπ/2ラジアンで
ある。検出器が完全に位置させられているならば、その
βの値はλ、/4に一致する。以下の説明では、βの値
はrを含んでいる表現により示される。At each time each detector responds to a different brightness, as shown in Figure 1a. The output of each detector is directly related to the phase W between the beams, offset by some offset phase constant β that depends on the spatial location of the detector with respect to the brightness of the pattern and the instantaneous phase W. In the embodiment shown in FIG. 1a, the value of β is π/2 radians. If the detector is perfectly positioned, its value of β corresponds to λ,/4. In the following description, the value of β is indicated by an expression containing r.
再び第1図を参照して、検出器22m、22bの出力は
、それらの検出器の出力を処理して角回転、大きさ、向
きおよび回転率を決定するための周知の信号処理回路2
4へ与えられる。この信号処理回路24の一例が本願出
願人が所有する米国特許第3373650号と第362
7425号に示されている。各検出器の出力は増幅され
てから相対的外プラス・カウントとマイナス・カウント
をモニタするデジタル・カクンタをトリガするために用
いられる。各カウントは入力端26を中心として閉ルー
プ路に沿って互いに逆向きに進む2つの光ビームの2π
ラジアンの位相変化ヲ弄す。各カウントと、角速度セン
サの角変位との関係は入力速度とバイアス振動数差との
間のセンサの関係(すなわち、スケール・ファクタ)に
依存する。たとえば、1度/時(地球の回転速度の1/
15)慣性入力回転速度の関係を有するレーザ・ジャイ
ロを作ることが可能である。このレーザ・ジャイロによ
りレーザ・ジャイロ空胴内での2つの光ビームの間の振
動数差がIHzにされる。1時間当り1度というのけ正
確に時間の1秒当り1円弧秒である6、シたがって、1
秒間ごとに1円弧秒の慣性角度η・発生され、2つのビ
ームの間に2πラジアンの位相変化が生ずることになる
。その理由は、1秒の積分時間にわたる振動数差IHz
の時間積分が2πラジアンだからである。そうすると各
カウントは1円弧秒の重みを持つことになり、入力軸を
中心としてセンサが360度回転すなわち1回転すると
1296otlOカウントの出力が生ずることになる。Referring again to FIG. 1, the outputs of the detectors 22m, 22b are processed by a well-known signal processing circuit 2 for processing the outputs of those detectors to determine angular rotation, magnitude, orientation and rate of rotation.
given to 4. An example of this signal processing circuit 24 is disclosed in U.S. Pat. No. 3,373,650 and U.S. Pat.
No. 7425. The output of each detector is amplified and then used to trigger a digital cucumber that monitors relative outer plus and minus counts. Each count is 2π of two light beams traveling in opposite directions along a closed loop path about the input end 26.
Play with the phase change in radians. The relationship between each count and the angular displacement of the angular velocity sensor depends on the sensor's relationship between the input velocity and the bias frequency difference (ie, the scale factor). For example, 1 degree/hour (1/of the earth's rotation speed)
15) It is possible to make a laser gyro with an inertial input rotation speed relationship. This laser gyro causes the frequency difference between the two light beams in the laser gyro cavity to be IHz. 1 degree per hour is exactly 1 arc second per second of time6, so 1
An inertia angle η of 1 arc second is generated every second, resulting in a phase change of 2π radians between the two beams. The reason is that the frequency difference IHz over an integration time of 1 second
This is because the time integral of is 2π radians. Each count will then have a weight of one arc second, and a 360 degree rotation of the sensor about the input axis, or one revolution, will produce an output of 1296 otlO counts.
ある1つの向きの回転ではそれらのカウントすなわちノ
くルスを正と定め、逆向きの回転ではそれらのノくルヌ
を負と定める。J (論理はデジタル増分角度エンコー
ダで用いられる論理に類似するU )
典型的には、第1図に示されている閉ル−プ路は、ジャ
イロの入力軸26を中心とする回転を測定するために、
支持要素25により支持される。For rotations in one direction, those counts or culs are determined to be positive, and for rotations in the opposite direction, those culs are determined to be negative. J (logic similar to that used in digital incremental angle encoders) Typically, the closed loop path shown in FIG. 1 measures rotation about the gyro's input axis 26. for,
It is supported by a support element 25.
検出器22も支持要素25により支持されているように
示されているが、検出器22は支持要素25の外部に設
けることができる。第1図ではレーザ発生媒体が互いに
逆向きに進む2つの光ビームの光路中にあるように示さ
れているが、本発明はそのような構造に限定されるもの
ではない5.ビームが閉ループ路内で共振するように、
レーザ発生媒体は支持要素25により支持されている閉
ループ路に沿って互いに逆向きに進む2つの光ビームを
発生するためにだけ求められる。Although detector 22 is also shown supported by support element 25, detector 22 can be provided external to support element 25. Although the lasing medium is shown in FIG. 1 as being in the optical path of two light beams traveling in opposite directions, the invention is not limited to such a structure.5. so that the beam resonates in a closed loop path,
The lasing medium is only required to generate two light beams which travel in opposite directions along a closed loop path supported by the support element 25.
次に、第1図に示すレーザ角速度センサの動作を詳しく
説明する。入力軸26を中心とする回転が存在しない時
は、光ビーム11.12の振動数は等しく、光ビーム1
1’ 、 12’により検出器22上に作られるしまパ
ターンは一定のままである。支持装置25が軸26を中
心として回転すると、回転の向きに応じて一方の光ビー
ムの振動数が高くなり、他方の光ビームの振動数が低く
なる。それに対応して、ビーム11’、12’により作
られた検出器22上(7)l、tパターンは2つのビー
ム11.12の振動数の差に比例する速さで動き、いず
れかの検出器22a、22bにより測定される輝度は互
いに逆向キニ進むビーム11と12の間の位相を示す。Next, the operation of the laser angular velocity sensor shown in FIG. 1 will be explained in detail. When there is no rotation about the input axis 26, the frequencies of the light beams 11 and 12 are equal and the light beam 1
The striped pattern created by 1', 12' on the detector 22 remains constant. When the support device 25 rotates about the axis 26, the frequency of one of the light beams increases and the frequency of the other light beam decreases depending on the direction of rotation. Correspondingly, the (7)l,t pattern on the detector 22 created by the beams 11', 12' moves with a speed proportional to the difference in frequency of the two beams 11.12, and the detection of either The brightness measured by the detectors 22a, 22b indicates the phase between the beams 11 and 12 traveling in opposite directions.
その位相の変化率は回転を示すもので、数学的には次の
(1)式で示すことができる。The rate of change in phase indicates rotation, and can be expressed mathematically by the following equation (1).
ここに、F=2つの元ビームの間の瞬時位相S−ジャイ
ロのスケール・ファクタ
ωi−ジャイロの入力回転速度
ωL=ジャイロのロンクイ/速度
である。Here, F = instantaneous phase between the two original beams S - scale factor ωi of the gyro - input rotational speed ωL of the gyro = length/speed of the gyro.
(1,)式は入力速度と観察できる位相関係の間のロッ
クイン誤差関係を記述するものである。位相の変化率は
入力速度に直接関係するが、ジャイロのロンクイ/速度
ωL′を含む誤差項により変えられることに注意すべき
である。入力回転速度がω■・より低い時は誤差項は非
常に太きい。この誤差項は通常はロンフィン誤差と呼ば
れ、角回転の決定に際してはとくに面倒なものとなる。Equation (1,) describes the lock-in error relationship between the input velocity and the observable phase relationship. It should be noted that the rate of change of phase is directly related to the input velocity, but is modified by an error term that includes the gyro's linear velocity/velocity ωL'. When the input rotational speed is lower than ω■, the error term is very large. This error term is commonly referred to as the Ronfin error and is particularly troublesome when determining angular rotation.
ビームの間の位相関係は干渉しまの間隔よりはるかに小
さな寸法の光検出器により観察できる。The phase relationship between the beams can be observed by a photodetector with dimensions much smaller than the interference fringe spacing.
干渉しまの間隔すなわち最高の輝度が検出器を通って動
く速さを記録するだけで回転速度を測定できる。その動
く速さは振動数の差に比例する。1本のしまの間隔が記
録される各時刻は2つのビームの間の2πラジアンの位
相変化を表す。ある時間にわたる振動数差の積分(しま
の変化数のカウント)は、前記したように、2つのビー
ムの間の全位相変化量に比例し、したがってジャイロ入
力軸を中心とする閉ループ路の積分時間中における全角
変化量に比例する。これは数学的には次式で表される。Rotational speed can be measured simply by recording the distance between the interference stripes, or the speed at which the highest brightness moves through the detector. The speed of movement is proportional to the difference in frequency. Each time a stripe spacing is recorded represents a phase change of 2π radians between the two beams. The integral of the frequency difference over time (counting the number of changes in the stripes) is, as mentioned above, proportional to the total phase change between the two beams, and therefore the integral time of the closed loop path about the gyro input axis. Proportional to the amount of full angle change in the middle. This is mathematically expressed by the following equation.
ここに、△Wは振動数がf2.Nであるビーム11と1
2の間の位相の積分時間中の全位相変化量(ラジアン)
で、その符号は回転の向きを示す。Here, △W has a frequency of f2. Beams 11 and 1 which are N
Total phase change (in radians) during the integration time of the phase between 2
The sign indicates the direction of rotation.
1つのしまの間隔が検出される各時刻は「カウント」と
呼ぶことかできる。カウントの総数と、スケール・ファ
クタが乗ぜらねたそのカウント総数の分数は積分時間中
での角変位を示し、力9ントの変化率は回転速度を示す
。Each time at which one stripe interval is detected can be referred to as a "count." The total number of counts and the fraction of that total count multiplied by the scale factor indicates the angular displacement during the integration time, and the rate of change of the force 9t indicates the rotational speed.
+1)式は光検出器22の出力カラントラ用いて種々の
単位で表すことができ、かつ(2)式で示される。Equation +1) can be expressed in various units using the output currant of the photodetector 22, and is shown by Equation (2).
ここに、
■−カウントで表したセンサ入力角変位で、d I/d
tはカウント7秒で弄されるセンサ入力速度
FL−カウント7秒で表されるジャイロのロンフィン速
度
C−カウントで表されるジャイロの角変位出力で、dC
/dtはロックイン誤差を含むジャイロ出力速度である
1、1
0ンクインのために出力Cは実際の入力Iに等しくない
ことがある。ジャイロの出力角ロックイン誤差は、(3
)式に示されているように、ロックイン誤差変量Eによ
り定めることができる。Here, ■ - sensor input angular displacement expressed in counts, d I/d
t is the sensor input speed FL which is changed at a count of 7 seconds - the gyro's long fin speed C which is expressed at a count of 7 seconds - the angular displacement output of the gyro which is expressed at a count, and dC
/dt is the gyro output speed including lock-in error 1,10 Due to ink, the output C may not be equal to the actual input I. The output angle lock-in error of the gyro is (3
), it can be determined by the lock-in error variable E.
E = C−I (3
)(3)式は、ジャイロの出力角カウントは、ジャイロ
入力軸を中心とする角回転に基づく入力角変位プラスあ
る誤差に等しい。E = C-I (3
) (3), the output angular count of the gyro is equal to the input angular displacement plus a certain error based on the angular rotation about the gyro input axis.
c = I + E(4)
(4)式を(2)式に代入するとジャイロ出力カウント
で表される誤差式(5)が得られる。c = I + E (4) By substituting equation (4) into equation (2), error equation (5) expressed by gyro output count is obtained.
(5)式は第1図に示されているような種類のリング・
レーザ角速度センサに固有のロックイン誤差を記述する
ものである。このセンサの出力はセンサにより測定され
る慣性入力角に関連する信号であって、信号処理装置2
4により与えられる。このセンサ出力は(5)式により
ほぼ記述されるロックイン誤差を含む。以下の説明にお
いて、ロックイン誤差を含み、センサへの慣性入力に関
連するセンサ出力信号が存在するものと仮定している。Equation (5) is used for the type of ring shown in Figure 1.
This describes the lock-in error inherent in laser angular velocity sensors. The output of this sensor is a signal related to the inertial input angle measured by the sensor, the signal processing device 2
4. This sensor output includes a lock-in error approximately described by equation (5). In the following discussion, it is assumed that there is a sensor output signal that includes a lock-in error and is related to the inertial input to the sensor.
本発明の目的は、もちろん、通常のセンサ出力信号ニ含
マレるロックイン誤差を最小にすることである。(5)
式の効用は以下の説明から明らかとなるであろう。The objective of the invention is, of course, to minimize the lock-in errors that normally occur in sensor output signals. (5)
The utility of the formula will become clear from the following explanation.
前記したように、米国特許第3373650号には、互
いに逆向きに進む2つの光ビームの間に符号が交番する
時間的に変化する振動数差が大部分の時間存在するよう
に、それらの光ビームの振動数に周期的に反転するバイ
アスが与えられるレーザ・ジャイロが開示されている。As mentioned above, U.S. Pat. No. 3,373,650 teaches that two beams of light traveling in opposite directions are arranged such that there is a time-varying frequency difference of alternating sign between them most of the time. A laser gyro is disclosed in which a bias is applied that periodically reverses the frequency of the beam.
その反転するバイアスは、それら2つの光ビームの間の
時間積分された振動数差が、周期的に反転するバイアス
の完全ガニサイクルの後でほぼ零であるような性質のも
のである。(米国特許第3373650号に示されてい
るバイアスは周期的すなわち繰り返えし性のものである
か、周期的にする必要はなく、ただ、1秒間当りの反転
回数を十分に大きくするだけでよい。)その米国特許に
開示されているように、バイアスの周期的な反転は、ジ
ャイロに実際の回転運動を与えることにより機械的に、
または、たとえば、レーザ発生光路すなわちレーザ発生
媒体に直接作用することにより、2つのビームの間の振
動数の差を直接変化させることによって、行うことがで
きる3、後者の方法は上記米国特許においては「電気的
に1バイアスを与えるもの、と呼ばれている。The reversing bias is of such a nature that the time-integrated frequency difference between the two light beams is approximately zero after a complete Ganni cycle of the periodically reversing bias. (The bias shown in U.S. Pat. No. 3,373,650 is either periodic or repeatable, or need not be periodic, just a sufficiently large number of flips per second. As disclosed in that U.S. patent, the periodic reversal of the bias mechanically
Alternatively, it can be done, for example, by directly changing the frequency difference between the two beams by acting directly on the lasing optical path, i.e. the lasing medium.3 The latter method is ``It's called something that gives 1 electrical bias.
機械的にバイアスをかける方法では、ロックイン速度よ
り高い実効ジャイロ入力回転速度を大部分の時間維持す
るように、レーザ・ジャイロはジャイロの入力軸を中心
として単に電気機械的に正逆転撮動すなわちディザ−さ
せられ、入力回転速度が向きを周期的に反転するだけで
ある。この機械的なバイアス法により加えられるジャイ
ロ人力軸を中心とする振動すなわちディザ−運動により
各ビームの振動数が影響を受け、1つの向きの振動では
一方の振動数は高くなり、他方の振動数は低くカリ、他
方の向きの振動では振動数の逆の向きに変化する。振動
運動の振動数が十分に高く、その振動によりひき起され
た実効回転速度が十分に高いと、ビームの間には変化す
る振動数の差が大部分の時間にわたって存在するから、
低い回転速度を測定する場合でもロックインの影響の大
部分が避けられる。電気的にバイアスをかける方法では
、レーザ発生光路中に変化を起させてレーザ・ビームの
振動数を直接分離することにより、互いに逆向き進んで
いる2つのビームに振動数バイアスを加えるために、そ
れらのビームの光路中にファラデー媒体のような電気光
学的な装置を使用する。米国特許第3373650号に
開示されている機械的にバイアスをかける方法と電気的
にバイアスをかける方法において、それらのビームのう
ちの少くとも一方のビームの振動数がバイアスすなわち
変えられて、それらのビームの間に振動数差が大部分の
時間にわたって存在するようにする。刀口見られるバイ
アスは周期的に反転する、すなわち、振動数の差の1符
号」を変えるから、それら2つの光ビームの振動数差の
時間積分は、1つのバイアス・サイクルすなわちディザ
−・サイクルにわたってはほぼ零である。In the mechanically biased method, the laser gyro is simply electromechanically driven forward and backward about the gyro's input axis so as to maintain an effective gyro input rotational speed that is higher than the lock-in speed most of the time, i.e. It is dithered and the input rotational speed only periodically reverses direction. The frequency of each beam is affected by the vibration, or dither movement, about the gyro's human power axis applied by this mechanical biasing method, so that vibrations in one direction will cause one frequency to be high, while the other vibration frequency will be higher. is low, and vibrations in the other direction change the frequency in the opposite direction. If the frequency of the oscillatory motion is high enough and the effective speed of rotation caused by the oscillation is high enough, there will be a varying frequency difference between the beams for most of the time;
Lock-in effects are largely avoided even when measuring low rotational speeds. Electrical biasing methods apply a frequency bias to two beams traveling in opposite directions by directly separating the frequencies of the laser beams by causing changes in the laser generation optical path. Electro-optical devices such as Faraday media are used in the optical path of these beams. In the mechanically biasing and electrically biasing methods disclosed in U.S. Pat. No. 3,373,650, the frequency of at least one of the beams is biased or changed to Allow a frequency difference between the beams to exist for most of the time. Since the bias seen by the blade periodically reverses, i.e. changes the sign of the frequency difference, the time integral of the frequency difference of the two beams is over one bias cycle, or dither cycle. is almost zero.
第1図には互いに逆向きに進む2つのビームの振動数を
バイアスするだめの周期的に反転するバイアスする装置
30が示烙れている。この装置は導線31を介してベー
ス25に結合される。機械的なバイアス装置においては
バイアス装置30は、少くとも一方の振動数を変えるよ
うに、ジャイロの入力軸26を中心としてペース25を
正の向きと逆の向きに機械的に同転させて、符号がダミ
する変化する振動数バイアスを導入するものであれば、
どのような装置を用いることができる。実際釣力意味で
は、バイアス装置30は周期的に反転する振動数バイア
スを通常生ずるが、周期性は必ずしも要求されない、す
なわち、有用なロックイン誤差減少を行うために振動数
バイアスは完全に繰り返えし性のものである必要はない
。FIG. 1 shows a periodically reversing biasing device 30 for biasing the frequencies of two beams traveling in opposite directions. This device is coupled to the base 25 via electrical leads 31. In a mechanical bias device, the bias device 30 mechanically rotates the pace 25 in a positive direction and a reverse direction around the input shaft 26 of the gyro so as to change the frequency of at least one side. If it introduces a changing frequency bias that distorts the sign,
What kind of equipment can be used? In practice, in a fishing force sense, the biasing device 30 typically produces a frequency bias that reverses periodically, but periodicity is not necessarily required; i.e., the frequency bias is completely repeatable to provide useful lock-in error reduction. It doesn't have to be of a human nature.
バイアス装置30によりひき起される回転運動のことを
ここではディザ−運動と呼ぶことにする。The rotational movement caused by biasing device 30 will be referred to herein as dithering movement.
ジャイロで決定すべき実際の回転は慣性運動入力として
定義される。したがって、ジャイロがジャイロ入力軸2
6を中心として実際に測定するセンサ入力運動■は慣性
入力運動とディザ−運動の和である33シたがって、慣
性入力運動だけを示す出力信号を得るためには、慣性入
力運動とディザ−運動を弁別する手段を設けねばならな
い。そのよう々弁別手段は周知のものであるから第1図
には示していない。そのような弁別技術の一例が前記米
国特許第3373650号に示されてい妃、前記したよ
うに回転速度が低い時にロックイン時に互いに逆向きに
進む2つのビームの間に起る振動数差よりも高く、それ
らのビームの間の振動数を維持するだめのバイアスが加
えられる。機械的なバイアスが向きを反転する時刻附近
では、振動数の差の符号が変り、それらのビームの間の
位相Wの対応する変化率dF/dtは零と々゛る。それ
らの時刻はここでは[零速度交差1と呼び、ロンフィン
誤差の増大を記述するのに重要である12電気的または
電気機械的なバイアス装置においては、振動数の差の符
号が反転した時にも;−零速度交差]か起る。The actual rotation to be determined by the gyro is defined as an inertial motion input. Therefore, the gyro is connected to the gyro input shaft 2.
The sensor input motion that is actually measured around point 6 is the sum of the inertial input motion and the dither motion.33 Therefore, in order to obtain an output signal that indicates only the inertial input motion, it is necessary to combine the inertial input motion and the dither motion. A means must be provided to distinguish between Such discriminating means are well known and are not shown in FIG. An example of such a discrimination technique is shown in the above-mentioned U.S. Pat. No. 3,373,650; A bias is applied to maintain the frequency between the beams. Near the time when the mechanical bias reverses direction, the sign of the frequency difference changes and the corresponding rate of change dF/dt of the phase W between the beams becomes zero. These times are referred to here as zero velocity crossings and are important in describing the increase in Ronfin error. ;-zero velocity crossing] occurs.
ジャイロ出力角速度の超越関数式(1) 、 (21は
、互いに逆向きに進む2つのビームの間の瞬時位相角と
、センサ・ロックイン速度と、位相角測定値オフセット
との関数である。ロックイン速度の実際の量を得るよう
に(1)式を解くために値鯉またはCに対する時間的に
変化する式がまず得られる。それは変化するバイアスに
より与えることができる1゜次に、米国特許第3373
650号と第3467472号に開示されているバイア
ス装置に類似する装置について説明する。機械的なバイ
アス装置においては、リング・レーザ・ジャイロ100
のベース25がある向きと、それちは逆の向きに周期的
に回転させられて、互いに逆向きに進む2つのビームの
振動数の差が正弦波状に変えられ、その符号が周期的に
交番させられることになる。このような状況においては
、ベース25が1つの向きに回転すると、それらのビー
ムの間の瞬時位相角の大きさは時間の経過につれて連続
して太きくなる。ベース25の回転の向きが変えられる
と(零速度交差)、時間的に変化する振動数の差が零へ
向かう。各零速贋交差には二次微分d”F/dt”が伴
い、更に重要なことには、その二次微分の符号はu転角
の向きに一致する。Transcendental function of gyro output angular velocity Equation (1), (21) is a function of the instantaneous phase angle between two beams traveling in opposite directions, the sensor lock-in velocity, and the phase angle measurement offset.Lock To solve equation (1) to obtain the actual amount of in velocity, a time-varying equation for the value C or C is first obtained. It can be given by a varying bias of 1°. Then, the U.S. Pat. No. 3373
A device similar to the bias devices disclosed in the '650 and '3467,472 patents is described. In mechanical biasing devices, the ring laser gyro 100
The base 25 of the base 25 is periodically rotated in one direction and the other in the opposite direction, so that the difference in the frequencies of the two beams traveling in opposite directions is changed in a sinusoidal manner, and the sign thereof is periodically alternated. You will be forced to do so. In such a situation, as the base 25 rotates in one direction, the magnitude of the instantaneous phase angle between the beams increases continuously over time. When the direction of rotation of the base 25 is changed (zero speed crossing), the time-varying frequency difference tends to zero. Each zero speed false crossing is accompanied by a second derivative d"F/dt", and more importantly, the sign of the second derivative matches the direction of the u-turn angle.
第11図は、回転の向きが反転する零速度交差領域にお
けるディザ−されているジャイロに対する、(5)式で
示されている関係から生ずる誤差を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the error resulting from the relationship expressed by equation (5) for a dithered gyro in the zero speed crossing region where the direction of rotation is reversed.
カーブ412はジャイロ速度出力と時間との関係を示す
グラフで、時刻T(1における零速度交差の前における
振動数の低下と、その後における振動数の上昇とを示す
ものである。はぼ一定であるカーブ412の振幅はセン
サのロックイン速度ωI・またはFL (単位はカウン
ト)に依存する。カーブ413はジャイロ角出力誤差E
を示すものであって、カーブ412を積分することによ
り得られるものである。この誤差Eは向きの変化の前記
で変化する周波数と振幅で振動しており、変化の向きを
横切る増加する誤差角E1 のステップを示すものであ
る。第11図かられかるように、(5)式で与えられる
誤差が常に存在するが、その最も重要な作用を零速度交
差に対して有する1、正弦波状に周期的にディザ−させ
られるリング・レーザージャイロの場合には、そのよう
な変化は各ディザ−・サイクル、と、とに2回起り、各
零速度交差ごとにカーブ413に示されているそのよう
な誤差が起る。不幸々ことに、従来のバイアス装置では
それらのロックイン誤差の大きさ祉必ずしも等しくなく
、かつ符号が常に逆であることもなく、そのためにジャ
イロの出力中に誤差累積することに々る。これはランダ
ム・ドリフトまたはランダム・ウオークと呼ばれること
がある。A curve 412 is a graph showing the relationship between the gyro speed output and time, and shows a decrease in the frequency before the zero speed crossing at time T (1) and an increase in the frequency after that. The amplitude of a certain curve 412 depends on the lock-in speed ωI or FL (unit: count) of the sensor.The amplitude of a curve 412 depends on the gyro angle output error E
is obtained by integrating the curve 412. This error E oscillates with varying frequency and amplitude above the change in orientation and represents steps of increasing error angle E1 across the change in orientation. As can be seen from Fig. 11, the error given by equation (5) always exists, but has its most important effect on the zero speed crossing. In the case of a laser gyro, such changes occur twice each dither cycle, and such an error, shown in curve 413, occurs at each zero speed crossing. Unfortunately, in conventional biasing systems, their lock-in errors are not necessarily equal in magnitude and are not always opposite in sign, which often results in errors accumulating in the gyro's output. This is sometimes called random drift or random walk.
以上の説明は機械的にディザ−されるジャイロについて
の問題でおる。しかし、光学的管たは電気的にディザ−
される特性は前記した特性に類似するから、説明を省略
する。The above discussion concerns a mechanically dithered gyro. However, optical tubes or electrically dithered
Since the characteristics obtained are similar to those described above, their description will be omitted.
本発明は、ロックインの影響を大幅に小さくするように
、レーザ角速度センサ用のディザ−装置すなわちバイア
スを加える装置を提供するものである。この改良された
バイアスを加える装置により導入される振動数バイアス
が変えられ、互いに逆向きに進む2つの光ビームの振動
数と、それらのビーム間の位相とが所定のやり方で作用
を受けて、少くとも2つの引き続くバイアス期間すなわ
ちディザ−・サイクルの間に累積された誤差をほぼ零に
近づけるものである。振動数バイアスの振幅を変える技
術はランダム・バイアスの原理を用いるか否かにかかわ
らず実施できる。The present invention provides a dithering or biasing system for a laser angular velocity sensor to significantly reduce the effects of lock-in. The frequency bias introduced by this improved biasing device is varied so that the frequencies of the two opposing light beams and the phase between them are affected in a predetermined manner. The error accumulated during at least two successive bias periods or dither cycles is brought close to zero. Techniques for varying the amplitude of the frequency bias can be implemented with or without using the random bias principle.
レーザ・ジャイロ・アセンブリはほぼ単一振動数の2つ
の電磁エネルギー波、ここでは光ビームと呼ぶを与える
レーザ発生媒体と、閉ループ路すなわち囲まれた領域を
形成する複数の反射鏡とで構成される。その囲まれた領
域に垂直か軸は一般にジャイロ入力軸として定義される
。2本の光ビームは閉ループ路に沿って互いに逆の向き
に進む。。A laser gyro assembly consists of a lasing medium that provides two waves of electromagnetic energy of approximately single frequency, here referred to as light beams, and a plurality of reflective mirrors that form a closed loop path or enclosed area. . The axis perpendicular to the enclosed area is generally defined as the gyro input axis. The two light beams travel in opposite directions along a closed loop path. .
すなわち、それらのビームは逆向きのビームである。互
いに逆向きに進む2つの光ビームの間の振動数差をモニ
タするために読出し装置が設けられる。その読出し装置
は、互いに逆向きに進む2つの光ビームの間の瞬時位相
を検出し、ジャイロ入力軸を中心とする閉ループ路の対
応する時計回りと逆時計回りの慣性回転を区別するため
に、2つの検出器を用いて正と負の位相変化を識別する
ものである。2つのビームの間の位相の変化率は回転速
度を示すが、その零速度はロックインまたは零回転速度
を示すものであることに注意されたい。That is, the beams are in opposite directions. A readout device is provided to monitor the frequency difference between the two light beams traveling in opposite directions. The readout device detects the instantaneous phase between two light beams traveling in opposite directions to each other, in order to distinguish between the corresponding clockwise and counterclockwise inertial rotations of the closed-loop path about the gyro input axis. Two detectors are used to distinguish between positive and negative phase changes. Note that the rate of change of phase between the two beams is indicative of the rotational speed, but its zero speed is indicative of lock-in or zero rotational speed.
本発明のバイアス装置においては、ある引き続くディザ
−・サイクル群にわたって累積される誤差がほぼ零であ
るように、互いに逆向きに進む2つのビームの間の瞬時
位相を引き続く零速度交差時に変えるために振動数バイ
アスが制御される。In the biasing apparatus of the present invention, the instantaneous phase between two beams traveling in opposite directions is varied during subsequent zero velocity crossings such that the error accumulated over a series of successive dither cycles is approximately zero. Frequency bias is controlled.
次に、本発明の新規なバイアス装NKついて説明する。Next, the novel bias device NK of the present invention will be explained.
慣性入力回転速度が零、センサ回転速度がレーザ・ジャ
イロの入力軸26を中心とするディザ−運動によりセン
サ回転速度だけが発生され、レーザ・ジャイロがその入
力軸26を中心として正弦波状に正回転と逆回転の向き
にディザ−される状況について説明することにする。第
2図はそのような状況を示すグラフである。第2図には
実際の入力ディザ−角度、すなわち、ジャイロ入力軸2
6を中心とする真のジャイロ入力角I(カウント)と、
ディザ−運動が完全に正弦波状である場合にいくつかの
ディザ−・サイクルに及ぶ時間との関係を示すグラフで
おる。「カウント」は2πラジアンの位相角変化に直接
対応することに注意すべきである。ジャイロのロックイ
ン速度がない場合には、完全なディザ−・サイクルの1
サイクル後ではジャイロ出力角Cは零であるから誤差ま
たはその累積は生じない。これを表す別の方法は、互い
に逆向きに進む2つの光ビームの振動数差のディザ−・
サイクルの周期中にわたる時間積分は零である、という
ことである。しかし、第11図を参照して説明したよう
に、ロンフィンのために累積出力角誤差Eが生ずること
になる。When the inertial input rotational speed is zero, only the sensor rotational speed is generated by dithering movement around the input shaft 26 of the laser gyro, and the laser gyro rotates in a positive sinusoidal manner around the input shaft 26. We will now explain a situation in which the dither is rotated in the opposite direction. FIG. 2 is a graph showing such a situation. Figure 2 shows the actual input dither angle, that is, the gyro input axis 2
The true gyro input angle I (count) centered at 6,
Figure 2 is a graph showing the relationship over time over several dither cycles when the dither movement is completely sinusoidal. It should be noted that "count" corresponds directly to a phase angle change of 2π radians. If there is no gyro lock-in speed, one full dither cycle
After the cycle, the gyro output angle C is zero, so no error or accumulation thereof occurs. Another way to express this is to calculate the dithering of the frequency difference between two beams of light traveling in opposite directions.
This means that the time integral over the period of the cycle is zero. However, as explained with reference to FIG. 11, a cumulative output angle error E occurs due to the long fin.
第2図に示すディザ−は正弦波状であるが、ジャイロ出
力角誤差Eの累積におけるその役割は、ディザ−を放物
線状と考えることにより適切に表すことができる。すな
わち、正のディザ−半サイクルの場合には最大ディザ−
角が01である上に凸の放物線とし、負のディザ−半サ
イクルの場合には最大ディザ−角が02である下に凸の
放物線と考えることかで1泥、したがって、正のディザ
−角放物線(す々わち、ジャイロ慣性入力角)は次式で
表すことができ、
また、負のディザ−角放物線は次式で表すことができる
。1
以下の説明では、ディザ−角の振幅の単位は1カウント
1であυ、したがって、互いに逆向きに進む2つのビー
ムの間の位相変化の対応する単位を有することに注意さ
れたい、、正のディザ−角放物線はd”F/dt2′ま
たはd”C/dt”ノ第1の極性に対応し、負のディザ
−角放物線は第2の極性、す々わち、d2Vdt2”極
とは逆の極性に対応する5゜まず、正のディザ−角放物
線について説明する。Although the dither shown in FIG. 2 is sinusoidal, its role in the accumulation of the gyro output angle error E can be properly expressed by considering the dither as parabolic. That is, for a positive dither half cycle, the maximum dither
If we consider an upwardly convex parabola with an angle of 01 and a downwardly convex parabola with a maximum dither angle of 02 in the case of a negative dither half cycle, we can obtain a positive dither angle of 1. A parabola (that is, the gyro inertial input angle) can be expressed by the following equation, and a negative dither angle parabola can be expressed by the following equation. 1 Note that in the following discussion, the unit of the amplitude of the dither angle is 1 count υ, and therefore has the corresponding unit of the phase change between two beams traveling in opposite directions. The dither angle parabola corresponds to the first polarity of d"F/dt2' or d"C/dt", and the negative dither angle parabola corresponds to the second polarity, i.e., d2Vdt2" pole. 5° Corresponding to Opposite Polarity First, the positive dither angle parabola will be explained.
(6)式を誤差式(5)に代入すると、が得られる。Substituting equation (6) into error equation (5) yields.
レーザ・ジャイロの品質が許容できないほど低41−
いものでなければ、いくつかのディザ−半サイクルにわ
たる誤差Eの変化は非常に小さい。したがって、(8)
式の右辺のEは一定であると考えることができる。そう
すると、(8)式をマイナス無限大からプラス無限大に
わたって時間積分することにより、正のディザ−角放物
線に対して増大する出力角誤差を表す式(9)を得るこ
とができる。Unless the quality of the laser gyro is unacceptably low, the change in error E over several dither half cycles is very small. Therefore, (8)
E on the right side of the equation can be considered to be constant. Then, by time-integrating equation (8) from minus infinity to plus infinity, equation (9) representing the output angle error that increases for a positive dither angle parabola can be obtained.
上の積分はフレネル積分特性を基にしているものである
。The above integral is based on Fresnel integral properties.
同様に、負のディザ−角放物線に対する増大する誤差の
式は同様のやり方で求めることができる。Similarly, the increasing error expression for negative dither angle parabolas can be found in a similar manner.
実際的な目的のためには、汎と吃2はほぼ等し42−
いから単に秒と表すことができる。しかし、θlとθ2
の間の小さな差でも三角関数では大きな違いを生ずるこ
とがあるから、両者の差は記憶しておかねばならない。For practical purposes, time and 吃2 are approximately equal to 42-, so they can simply be expressed as seconds. However, θl and θ2
Even a small difference between the two can make a big difference in trigonometric functions, so the difference between the two must be memorized.
完全な1ディザ−・サイクルにわたる全誤差増分は、正
のディザ−角放物線の間に累積された誤差と、負のディ
ザ−角放物線の間に累積された誤差の和として表すこと
ができる。その和は、ΔE二△E ト△E
である。ここに、
■
Aにθi + −
A2−02十−
である。簡単な三角法の公式を用いると(12)式は次
のようになる。The total error increment over one complete dither cycle can be expressed as the sum of the error accumulated during the positive dither angle parabola and the error accumulated during the negative dither angle parabola. The sum is ΔE2ΔE and ΔE. Here, (1) θi + − A2−02− is present in A. Using simple trigonometric formulas, equation (12) becomes as follows.
ジャイロ入力m26を中心とする慣性回転だけがディザ
−運動であると仮定して、(13)式は完全なるディザ
−・サイクル中に累積された全増加ジャイロ出力角誤差
ΔEを表す。Assuming that the inertial rotation about the gyro input m26 is the only dither motion, equation (13) represents the total incremental gyro output angular error ΔE accumulated during a complete dither cycle.
(13)式で表される誤差のために、完全な1ディザ−
・サイクル中にジャイロ入力軸26を中心とする角変位
が零である時に、ジャイロがある角度だけ回転したこと
を示すジャイロ出力角となる。Due to the error expressed by equation (13), a complete 1-dither
- When the angular displacement around the gyro input shaft 26 is zero during a cycle, the gyro output angle indicates that the gyro has rotated by a certain angle.
航行装置においては、これはある角度回転により示され
る。これは、もちろん誤りである。その理由は、ディザ
−運動以外のセンサ運動がない、と(13)式を定める
際に仮定したからである。各ディザ−・サイクルにおけ
る各零速度交差はクロックイン誤差を構成する。したが
って、各ディザー半ザイクルから生ずるジャイロ出力角
誤差は累積されることになる。その結果累積された(1
:3:)式で示される誤差は、先にランダム・ドリフト
またはランダム・9オークと呼んだロックイン誤差の増
大する寄与分である。レーザ・ジャイロを連続動作させ
た場合に累積誤差が過大になると精密な航行装置に用い
られなくなり、したがって累積誤差を最小に抑えるか、
誤差を全くなくすことが必要である1゜
本発明では、式(12)または(13)で表される各デ
ィザ−・サイクルごとの累積ジャイロ出力誤差角は、互
いに逆向きに進む2つのビームの間の瞬時位相差を、引
き続く零速度交差において、所定値だけ変えることによ
υ大幅に減少できる。前記した機械的にバイアスされる
装置では、正と負の最大のディザ−負振幅を、引き続く
零速度交差において、予め選択した量だけ変えることに
より瞬時位相差を処理できる。In navigation equipment this is indicated by a certain angular rotation. This is of course wrong. The reason for this is that when formula (13) was determined, it was assumed that there was no sensor movement other than dither movement. Each zero speed crossing in each dither cycle constitutes a clock-in error. Therefore, the gyro output angle error resulting from each dither half cycle will be cumulative. As a result, the accumulated (1
:3:) The error represented by the equation is an increasing contribution of the lock-in error, previously referred to as random drift or random 9-oak. If the cumulative error becomes too large when the laser gyro is operated continuously, it cannot be used as a precision navigation device, so it is necessary to minimize the cumulative error or
In the present invention, the cumulative gyro output error angle for each dither cycle, expressed by equation (12) or (13), is the sum of the two beams traveling in opposite directions. can be significantly reduced by changing the instantaneous phase difference between υ by a predetermined value at subsequent zero speed crossings. In the mechanically biased system described above, instantaneous phase differences can be handled by varying the maximum positive and negative dither amplitudes by a preselected amount at subsequent zero speed crossings.
第3図には本発明の原理を用いた誤差打ち消しバイアス
装置の一実施例のブロック図が示されている。リング・
レーザ・ジャイロ100が第1図に示されているのと類
似の結合要素31を介してバイアス装置30に結合され
る。このバイアス装置30は機械的および電気的のいず
れかのやり方でも構成できる。説明の便宜上、バイアス
装置30と結合要素31は、リング・し=ザ・ジャイロ
100をその入力軸26を中心として振動させ、リング
・レーザ・ジャイロ100内の互いに逆向きに進む2つ
のビームの振動数バイアスを周期的に反転させることが
できる機械的な構成のものと仮定する。これは、たとえ
ば、ベース25に結合されるモータを用いて行うことが
できる。バイアス装置30はバイアス制御信号発生器3
2により与えられたバイアス制御信号により制御される
。FIG. 3 shows a block diagram of one embodiment of an error cancellation biasing device employing the principles of the present invention. ring·
A laser gyro 100 is coupled to a biasing device 30 via a coupling element 31 similar to that shown in FIG. The biasing device 30 can be constructed in either a mechanical or electrical manner. For convenience of explanation, the biasing device 30 and the coupling element 31 cause the ring laser gyro 100 to oscillate about its input axis 26, causing the vibrations of the two beams traveling in opposite directions within the ring laser gyro 100. Assume a mechanical configuration in which the number bias can be periodically reversed. This can be done, for example, using a motor coupled to the base 25. The bias device 30 is a bias control signal generator 3
It is controlled by a bias control signal given by 2.
バイアス制御信号発生器32から接続要素33へ与えら
れるバイアス制御信号は、
A*+(2πFdt’)
の形の出力(Fdは所望のディザ−周波数)を生ずる第
1の信号発生器34の第1信号成分と、KsIn(2π
FXt)
の形の出力を生ずる第2の信号発生器35の第2信号成
分との和である。The bias control signal applied from the bias control signal generator 32 to the connecting element 33 is applied to the first signal of the first signal generator 34, which produces an output of the form A*+(2πFdt'), where Fd is the desired dither frequency. The signal component and KsIn(2π
FXt) and the second signal component of the second signal generator 35 which yields an output of the form FXt).
加算器36け第1.第2信号発生器34.35からそれ
ぞれ発せられる第1.第2信号成分を加合せる。加算器
36で加え合わされたそれらの信号出力はバイアス装置
30を制御するバイアス制御信号である。 FX=Fd
/2であるから、バイアス制御信号は正と負の最大振幅
が周期的に変えられる正弦波信号となる。バイアス制御
信号の振幅の周期的彦変化は、選択された振幅にと選択
された周波数Fxを有する第2の信号発生器35により
ほぼ決定される。正弦波状変化の周波数はFdにより決
定される。36-digit adder 1st. The first . Adding the second signal component. Their combined signal output in summer 36 is a bias control signal that controls bias device 30. FX=Fd
/2, the bias control signal becomes a sine wave signal whose positive and negative maximum amplitudes are periodically changed. The periodic variation in the amplitude of the bias control signal is approximately determined by a second signal generator 35 having a selected amplitude and a selected frequency Fx. The frequency of the sinusoidal change is determined by Fd.
第4図は、通常のセンサ出力中のロックイン誤差を大幅
に減少する本発明の誤差打消しバイアス・ディザ−運動
を示すグラフである。第4図には第3図に示す本発明の
実施例により与えられるディザ−運動のグラフを示すも
のである1、バイアス装置30により与えられた最大デ
ィザ−色振幅は、バイアス制御信号発生器32により与
えられるバイアス制御信号により決定される予め選択さ
れた値により、周期的に変えられる。Fx=Fd/2の
場合には、第1図に示す最初の正弦波状ディザ−角は正
の最大ディザ−色振幅θ1と角の最大ディザ−色振幅θ
2を有する。第2の正弦波状ディザ−・サイクルの正と
負の最大振幅はそれぞれθ:1.θ4である。第3のデ
ィザ−・サイクルは第1のディザ−・サイクルと同じで
ある等である。連続する2つのディザ−・サイクルから
生ずる全増分ジャイロ出力角誤差は、各ディザ−・サイ
クルの各半サイクルにおける各増分誤差の和であり、式
(9)。FIG. 4 is a graph illustrating the error-cancelling bias dithering motion of the present invention that significantly reduces lock-in errors in conventional sensor outputs. FIG. 4 shows a graph of the dither motion provided by the embodiment of the invention shown in FIG. is periodically varied by a preselected value determined by a bias control signal provided by . If Fx=Fd/2, the first sinusoidal dither angle shown in FIG. 1 has a positive maximum dither color amplitude θ1 and a maximum dither color amplitude θ
It has 2. The maximum positive and negative amplitudes of the second sinusoidal dither cycle are respectively θ:1. θ4. The third dither cycle is the same as the first dither cycle, and so on. The total incremental gyro output angle error resulting from two consecutive dither cycles is the sum of each incremental error in each half cycle of each dither cycle, equation (9).
(11)を第4図に示す引き続く2つのディザ−・サイ
クルに適用することにより見出すことができ、次の(1
4)式で弄すことができる。(11) can be found by applying (11) to the two successive dither cycles shown in FIG.
4) It can be manipulated by formula.
△E(2サイクル)−△E(θl)+ΔE(θ2)+E
Jθ8)+ΔE(θ4 )(’14’)引き続く2つの
ディザ−・サイクルに対する(14)式により記述され
ている全増分ジャイロ出力角誤差は、次式で示される関
係を真とすることにより、はぼ零にすることができる。△E (2 cycles) - △E (θl) + ΔE (θ2) + E
Jθ8)+ΔE(θ4)('14')The total incremental gyro output angle error described by equation (14) for two consecutive dither cycles is It can be reduced to zero.
sin (2π(θ2−E+−> )−−sin(2
yr(θ4−E+L)) (16)8
前と同様に引き続く数サイクルの間はEは小さくてほぼ
一定であると仮定している。、(15)、(16)式で
示されている関係はθl−θ8=N±172カウント
(17)θ2−04=Ntl/2カウント
(18)である時は常に真である。これ
らの式でNは任意の整数である1、。sin (2π(θ2−E+−> )−−sin(2
yr(θ4−E+L)) (16)8 As before, it is assumed that E is small and approximately constant during the following few cycles. , (15), (16) The relationship shown in equations is θl-θ8=N±172 counts
(17) θ2-04=Ntl/2 counts (18) is always true. In these formulas, N is any integer 1.
式(17)、(18)は、正の最大ディザ−角θ1.θ
3がカウントの±1/2という部分差だけ異なり、負の
最大ディザ−肉θ2.θ番が±172カウントだけ異る
ものとすると、この関係を有する引き続く2つのディザ
−・サイクルに対する得られた増大ジャイロ出力角誤差
はほぼ零であることを示す。すなわち、センサ出力に関
連するロックイン誤差は前記のようにほぼ零にされる。Equations (17) and (18) are based on the maximum positive dither angle θ1. θ
3 differs by a partial difference of ±1/2 of the count, and the negative maximum dither thickness θ2. Assuming that the θ numbers differ by ±172 counts, the resulting increased gyro output angle error for two subsequent dither cycles with this relationship is approximately zero. That is, the lock-in error associated with the sensor output is reduced to approximately zero as described above.
最大ディザ−負振幅の間のカウントの部分差のみが重要
であることを強調することは重要である。その理由は、
カウントの整数部分が2つのビームの間の2π位相変化
の整数49一
部に一致し、ロックイン誤差の減少に何の影響も及ぼさ
ないからである(式(14)、(15)、(16)で示
した三角関係を参照)。It is important to emphasize that only the partial difference in counts between the maximum dither-negative amplitude is significant. The reason is,
This is because the integer part of the count corresponds to the integer 49 part of the 2π phase change between the two beams and has no effect on reducing the lock-in error (Equations (14), (15), (16) )).
再び第3図を参照して第1の信号発生器34は、第2の
信号発生器35と独立に動作した時に、リング・レーザ
・ジャイロ100が最大の正と負のディザ−色振幅Aを
有するように、バイアス装置3゜を制御できる。第2の
信号発生器34か第1の(M号発生器と独立に動作させ
られた時に、レーザ・ジャイロ100が最大のディザ−
色振幅1/2σを有するように第2の信号発生器35が
バイアス装置30を制御できるように、第2の信号発生
器35の出力の振幅が選択される。第1と第2の信号発
生器34.35の出力の和はバイアス制御信号発生器の
バイアス制御信号を構成する。このバイアス制御信号に
より、レーザ・ジャイロ100の回転を正と逆の向きに
振動させることによって、ディザ−角の振幅Aをカウン
トの1/4(π/2)だけ交互に大きくしたり、小さく
したりして、引き続く正の最大ディザ−負振幅と引き続
く最大ディザ−負振幅との間の差を希望の値であるカウ
ントのl/2(π)にし、それにより式(15)、(1
6)で示されている等式が満足され、引き続く2つのデ
ィザ−・サイクルにわたって累積されたジャイロ出力角
誤差をほぼ零となるようにバイアス装置30を制御する
。Referring again to FIG. 3, the first signal generator 34, when operated independently of the second signal generator 35, causes the ring laser gyro 100 to generate maximum positive and negative dither color amplitudes A. The bias device 3° can be controlled so as to have the following characteristics. When the second signal generator 34 or the first (M) signal generator is operated independently, the laser gyro 100 produces maximum dither.
The amplitude of the output of the second signal generator 35 is selected such that the second signal generator 35 can control the biasing device 30 to have a color amplitude 1/2σ. The sum of the outputs of the first and second signal generators 34,35 constitutes the bias control signal of the bias control signal generator. Using this bias control signal, the amplitude A of the dither angle can be alternately increased or decreased by 1/4 of the count (π/2) by oscillating the rotation of the laser gyro 100 in the positive and reverse directions. to bring the difference between the maximum positive dither-negative amplitude and the maximum subsequent dither-negative amplitude to the desired value l/2(π) of counts, thereby giving equations (15), (1
The bias device 30 is controlled such that the equation shown in 6) is satisfied and the gyro output angle error accumulated over two subsequent dither cycles is approximately zero.
バイアス装置30と結合要素31の一例は、米国特許第
3373650号に開示されている、ばねにとりつけら
れた電磁石である。電磁石にパルスが与えられるとばね
にトルクが加えられ、そのためにし〜ザ・ジャイロ10
0が加えられたパルスの大きさと極性に比例したディザ
−動作すなわち震動を行う。このばね−電磁石系は高い
Qを示すから、1個のパルスが加えられると数サイクル
のディザ−運動が行われる。各パルスは非常に軽くダン
ピングされた正弦波状リンギングを生ずる。パルスに正
弦波状にディザ−させられる信号が組合わされると、主
ディザ−振動数で、非常に軽くダンピングされた正弦波
状にリンギングされるディザ−角振幅がパルスにより発
生される。そのような系が第5図に示されている。。An example of biasing device 30 and coupling element 31 is a spring-mounted electromagnet as disclosed in US Pat. No. 3,373,650. When a pulse is given to the electromagnet, a torque is applied to the spring, which causes it to do ~ The Gyro 10
A dither operation or oscillation is performed in proportion to the magnitude and polarity of the pulse to which zero is applied. Since this spring-electromagnet system exhibits a high Q, a single applied pulse results in several cycles of dithering. Each pulse produces a very lightly damped sinusoidal ringing. When the pulse is combined with a sinusoidally dithered signal, the pulse produces a very lightly damped sinusoidally ringing dither angular amplitude at the dominant dither frequency. Such a system is shown in FIG. .
第5図には、本発明の原理を用いた別の誤差打ち消しバ
イアス装置を示す本発明の別の実施例が示されている。Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 5, illustrating another error cancellation biasing device employing the principles of the present invention.
第5図は、第3図のバイアス信号発生器320代りにバ
イアス信号発生器532が用いられていることを除いて
、第3図に示す回路に類似する。第2の信号発生器35
の代りにパルス発生器537が用いられていること金除
き、バイアス信号発生器532はバイアス信号発生器3
2に類似する。第5a図に示されているように、パルス
発生器537は、振幅がPで、第1の信号発生器34に
より発生される主ディザ−信号と同相関係にある正と負
のパルスを交互に発生できる。第5a図で、カーブ50
0は第1の信号発生器34により発生された信号によシ
ひき起されるディザ−運動を衣し、カーブ510はパル
ス発生器537により発生されたパルスによりひき起さ
れるディザ−運動を示す。それら2つのディザ−運動を
組合わせて得られたディザ−運動が、周期的に強められ
る振幅Cにより示されている。第2の信号発生器537
により発生されるパルスを適切に形成することにより、
第3図のバイアス装置により行われるのとほぼ同じディ
ザ−運動が発生される。すなわち、バイアス装#30は
レーザ・ジャイロ100を第4図に示すように振動させ
る。この振動で、ディザ−角の振幅4分の1カワントだ
け交互に増大させられたり、減少させられたりする。そ
のように状況においては、引き続く正の最大ディザ−角
振幅と、引き続く負の最大ディザ−角振幅の間のカウン
トの半分の希望の差が達成されて、引き続く2つのディ
ザ−・サイクルにわたって累積されたジャイロ出力角誤
差がほぼ零にされる。FIG. 5 is similar to the circuit shown in FIG. 3, except that bias signal generator 532 is used in place of bias signal generator 320 of FIG. Second signal generator 35
Bias signal generator 532 is similar to bias signal generator 3, except that pulse generator 537 is used instead of bias signal generator 3.
Similar to 2. As shown in FIG. 5a, pulse generator 537 provides alternating positive and negative pulses of amplitude P and in phase with the main dither signal generated by first signal generator 34. It can occur. In Figure 5a, curve 50
0 represents the dithering caused by the signal generated by the first signal generator 34 and curve 510 represents the dithering caused by the pulses generated by the pulse generator 537. . The dithering motion obtained by combining the two dithering motions is illustrated by the periodically intensified amplitude C. Second signal generator 537
By appropriately shaping the pulses generated by
A dither motion similar to that produced by the biasing device of FIG. 3 is produced. That is, the bias device #30 causes the laser gyro 100 to vibrate as shown in FIG. This oscillation causes the dither angle to alternately increase and decrease in amplitude by a quarter quanta. In such a situation, the desired difference of half a count between the maximum successive positive dither angle amplitude and the maximum successive negative dither angle amplitude is achieved and accumulated over two successive dither cycles. The gyro output angle error is reduced to almost zero.
(9)〜(18)式に関して行った以上の解析は、M個
のディザ−・サイクルより成るサイクル群に対して累積
されたジャイロ出力角誤差をほぼ零にするような条件を
記述するためにより一般化できる。The above analysis of equations (9) to (18) is intended to describe the conditions that reduce the accumulated gyro output angle error to almost zero for a cycle group consisting of M dither cycles. Can be generalized.
式(15’)、(16)における数学的表現が、M個の
ディザ−・サイクルより成る群に対しては(19)式に
示されている表現により一般的な形で示されている。The mathematical expressions in equations (15') and (16) are expressed in general form by the expression shown in equation (19) for a group of M dither cycles.
この(19)式において、θpは前記ディザ−・サイク
ル群における個々の引き続く最大の正ディザー角振幅(
カウント)、θnは同じディザ−・サイクル群における
個々の引き続く最大の負ディザー角振幅rカウント)で
あり、Eは小さいと仮定され、M個のディザ−・サイク
ルにわたってほぼ一定であると仮定される。。In this equation (19), θp is the individual successive maximum positive dither angle amplitude (
count), θn are the respective maximum consecutive negative dither angle amplitudes rcount) in the same dither cycle group, and E is assumed to be small and approximately constant over M dither cycles. . .
(19)式は、(19)式を満すあるディザ−・サイク
ル群の正と負の最大ディザ−角振幅の所定の値が、ディ
ザ−・サイクルの引き続く各ディザ〜・サイクル群に対
する、はぼ零である増分誤差の和となることがある。た
とえば、正と負の最大ディザ−角振幅を、引き続く各デ
ィザ−・サイクルごとにカウントの4分の1だけ単調か
つ部分的に増大させると、8つのディザ−・サイクル以
上にわたって累積誤差が零に々る。前と同様に、この例
では、引き続く最大ディザ−自振幅の間のカウントの4
分の1の部分差だけが、三角関数関係のために重要なも
のである。もちろん、上記の結果を達成するために、零
速度交差における8つの正の最大ディザ−自振幅と8つ
の負の最大ディザ−自振幅は(19)式に示されている
関係を満足させる必要があるだけであり、したがって単
調増大する必要はない。(19)式を満す正と負の8つ
のディザ−自振幅は次式から見出すことができる。Equation (19) shows that if the predetermined values of the maximum positive and negative dither angle amplitudes of a given dither cycle group satisfying Equation (19) are It may be the sum of incremental errors that are nearly zero. For example, if the maximum positive and negative dither angle amplitudes are monotonically and partially increased by one-fourth of a count on each subsequent dither cycle, the cumulative error will be zero over eight dither cycles. That's it. As before, this example uses 4 counts between subsequent maximum dither self-amplitudes.
Only fractional differences by a factor of one are important for trigonometric relationships. Of course, to achieve the above result, the eight positive maximum dither self-amplitudes and the eight negative maximum dither self-amplitudes at the zero speed crossing must satisfy the relationship shown in equation (19). Therefore, there is no need for it to increase monotonically. The eight positive and negative dither amplitudes that satisfy equation (19) can be found from the following equation.
Ai−A+ 1l−1)カウント+nカウントここに、
n=任意の整数
A−カウントで衣わしだある一定振幅
M−選択された群内のディザ−・サイクルの数
i一群Mの1番目のディザ〜・サイクルである。したが
って、引き続くディザ−・サイクルの群に対する最大デ
ィザ−・サイクルを変えられる多くの可能性を、引き続
く各ディザ−・サイクル群に対する累積誤差をほぼ零に
するだめに、利用できる。Ai - A+ 1l - 1) count + n count where n = any integer A - some constant amplitude M determined by count - number of dither cycles in the selected group i 1st dither of a group M ~・It is a cycle. Therefore, many possibilities for varying the maximum dither cycle for successive groups of dither cycles are available in order to reduce the cumulative error to approximately zero for each successive group of dither cycles.
前記したように、(19)式におけるθpとθnは、前
記したように、正と負の引き続く零速度交差時に、互い
に逆向きに進む2のビームの間の瞬時位相差に直接関係
する。したがって、上記の考察は、振動数バイアスを機
械的な回転なしに与える、前記電気的バイアス装置にも
適用される。As described above, θp and θn in equation (19) are directly related to the instantaneous phase difference between the two beams traveling in opposite directions during positive and negative successive zero velocity crossings, as described above. Therefore, the above considerations also apply to the electrical biasing device, which provides a frequency bias without mechanical rotation.
前記式で用いられる振幅はディザ−・サイクルの最大振
幅であることにも注意すべきである。しかし、より重要
なことは、d?/dtかほぼ零でジャイロ入力!111
26を中心とする零センサ入力速度近くに対応する時、
すなわち、振動数差か零であって、符号を変える時のデ
ィザ−自振幅である。センサ入力速度dVatiディザ
ー運動プラス慣性入力運動である。It should also be noted that the amplitude used in the above equation is the maximum amplitude of the dither cycle. But more importantly, d? Gyro input at /dt or almost zero! 111
When corresponding to near zero sensor input speed centered around 26,
That is, the frequency difference is zero, and it is the dither self-amplitude when changing the sign. Sensor input velocity dVati dither motion plus inertial input motion.
第3,5図に示すバイアス装・置と、それによる対応す
る解析により、式(15)、 (16)、 (19)が
満されるように最大の正と負のディザ−自振幅を完全に
制御する。しかし、引き続くディザ−・サイクル対にお
ける非常に小さい動揺のために、先に説明した数学的解
析に含まれていない別の誤差が生ずる。それらの動揺は
ランダムでないこともあり、選択されたバイアス装置の
結果のこともある。それらの動揺をランダムにするため
に、前記米国特許第3467472号に示されているラ
ンダム信号発生器に類似するランダム信号発生器を用い
ることができる。第6図には、本発明の原理と米国特許
第3464472号に開示されている発明の原理を用い
る誤差打ち消しバイアス装置を示す本発明の別の実施例
を示すものである。The bias device shown in Figs. 3 and 5 and its corresponding analysis completely adjust the maximum positive and negative dither amplitudes so that equations (15), (16), and (19) are satisfied. to control. However, due to the very small perturbations in subsequent dither cycle pairs, other errors arise that are not included in the mathematical analysis described above. These perturbations may not be random and may be the result of selected biasing devices. To randomize their perturbations, a random signal generator similar to that shown in the aforementioned US Pat. No. 3,467,472 can be used. FIG. 6 depicts another embodiment of the present invention illustrating an error cancellation biasing device utilizing the principles of the present invention and that disclosed in U.S. Pat. No. 3,464,472.
第6図には、第3図に示されているバイアス信号発生器
32の代りにバイアス制御信号発生器632を用いてい
ることを除き、第3図に示すバイアス装置に類似するバ
イアス装置が示されている1゜第3図の信号発生器34
の代りに、ランダム振幅発生器634bと正弦関数発生
器634aを含む第1の信号発生器634が用いられて
いることを除き、バイアス信号発生器632はバイアス
信号発生器32に類似する。第1の信号発生器634は
、引き続くディザ−・サイクル対に対する振幅がランダ
ムに変化することを除き、第1の信号発生器に類似の正
弦関数を生ずる。第1の信号発生器634は、第5図に
示されているバイアス装置の第1の信号発生器34の代
りに第1の信号発生器634を同様に使用できる。FIG. 6 shows a biasing device similar to that shown in FIG. 3, except that a bias control signal generator 632 is used in place of the biasing signal generator 32 shown in FIG. signal generator 34 in Fig. 3.
Bias signal generator 632 is similar to bias signal generator 32, except that instead of , a first signal generator 634 is used that includes a random amplitude generator 634b and a sine function generator 634a. The first signal generator 634 produces a sine function similar to the first signal generator, except that the amplitude for successive dither cycle pairs varies randomly. The first signal generator 634 may similarly be used in place of the first signal generator 34 of the biasing device shown in FIG.
動作時には、第6図に示すディザ−装置は、ある任意の
ランダムな最大の正と負のディザ−自振幅で、ジャイロ
を2つのディザ−・サイクルの間ディザ−する。そのデ
ィザ−自振幅は、第2の信号発生器によシ行われること
を除いてほぼ一定である。その第2の信号発生器は、引
き続く2つの正の最大ディザ−自振幅と引き続く2つの
負の最大ディザ−自振幅が2分の1カウントだけ異るよ
うに、最大のディザ−自振幅を変える。次に、第1の信
号発生器634aの振幅がランダムに変えられ、次の2
つのディザ−・サイクルの間一定に保たれる、等である
。このように、バイアス装置における動揺から生ずる誤
差の平均値が大幅に小さくされるように、それらの誤差
がランダムにされる。In operation, the dither device shown in FIG. 6 dithers the gyro for two dither cycles with some random maximum positive and negative dither amplitude. The dither amplitude is approximately constant except for the dithering performed by the second signal generator. The second signal generator varies the maximum dither self-amplitude such that two successive positive maximum dither self-amplitudes and two subsequent negative maximum dither self-amplitudes differ by one-half count. . Next, the amplitude of the first signal generator 634a is randomly varied and the next two
is held constant for two dither cycles, and so on. In this way, the errors resulting from perturbations in the biasing device are randomized so that their average value is greatly reduced.
以上の説明においては、レーザ・ジャイロはディザ−運
動だけを有し、慣性入力運動は零であると仮定した。こ
こで、レーザ・ジャイロの入力軸を中心とするセンサ入
力運動が一定の回転速度Ibを有する慣性入力運動を含
み、引き続く2つのディザ−・サイクルの間の振幅が前
記したようにカクントの2分の1だけ異なるようなディ
ザ−運動をレーザ・ジャイロが受けるような状況につい
て考えることにする。この状況を第7図にグラフで示す
。このグラフにおいて、ベース運動は次の(20)式に
従う一定の回転速度Ibである。In the above discussion, it was assumed that the laser gyro had only dither motion and zero inertial input motion. Here, the sensor input motion about the input axis of the laser gyro includes an inertial input motion with a constant rotational speed Ib, and the amplitude between two subsequent dither cycles is equal to 2 minutes of kacunto as described above. Let us consider a situation in which a laser gyro is subjected to dithering motions that differ by 1. This situation is illustrated graphically in FIG. In this graph, the base motion is a constant rotational speed Ib according to the following equation (20).
Ib=ix4Fd (21J)ここ
に、Fdは周期的に反転するディザ−の周波数、lit
はディザ−・サイクルの4分の1における慣性入力回転
の角度増分でおる。Ib=ix4Fd (21J) Here, Fd is the periodically inverted dither frequency, lit
is the angular increment of inertial input rotation in one quarter of the dither cycle.
第7図において、引き続く2つの正の最大入力角振幅は
数学的には次の式で記述できる。。In FIG. 7, the two consecutive maximum positive input angular amplitudes can be mathematically described by the following equation. .
Al =A+↓+l−31r21)
ここに、■はディザ−・サイクルの中間における角度回
転であり、Aは1/4カウントによって強調されかつ消
去される正常入力デイザー角振幅である。また、引き続
く負の最大位相角振幅は次式で表すことができる。Al=A+↓+l-31r21) where ■ is the angular rotation in the middle of the dither cycle and A is the normal input dither angular amplitude emphasized and canceled by the 1/4 count. Further, the subsequent maximum negative phase angle amplitude can be expressed by the following equation.
A2=A+−−xis (Zり(2
1’)、(22)式を(13)式に代入してから、引き
続く2つのディザ−・サイクル期間中に誤差を加え合わ
せると、引き続く2つのディザ−・サイクルから生じた
累積誤差(カワント)に対して次のような式が得られる
。A2=A+--xis (Zri(2
1'), by substituting equation (22) into equation (13) and then adding the errors during the two successive dither cycles, we get the cumulative error (quant) resulting from the two successive dither cycles. The following formula is obtained for .
44n2π(A+’−I −E+ i )十5ln2π
(A−−!−+x+E+t )+gln27r(A−
−−−I−E−31)) 、 (23)三角法
の定理から(23)式は次式のようになる。44n2π(A+'-I -E+ i) 15ln2π
(A--!-+x+E+t)+gln27r(A-
---I-E-31)), (23) From the trigonometry theorem, equation (23) becomes as follows.
(24)式は、ベース運動が存在している時に2つ以上
の引き続くディザ−・サイクルの間に累積された誤差は
慣性入力運動の関数となることを示している。ベース運
動の速度が低い時は、第3,5゜6図に示すバイアス装
置は従来の装置よシはるかに優れている。一方、ベース
運動の速度が比較的高い時は、本発明の誤差打ち消しバ
イアス装置により、全てのΔEの和である全ロンフィン
誤差は慣性入力速度が高くなるにつれて大きくなる。こ
れは高速慣性入力速度においては望ましくない。Equation (24) shows that the error accumulated during two or more successive dither cycles when base motion is present is a function of the inertial input motion. When the speed of base movement is low, the biasing system shown in Figures 3,5-6 is far superior to conventional systems. On the other hand, when the velocity of the base motion is relatively high, the error cancellation biasing system of the present invention causes the total Ronfin error, which is the sum of all ΔE's, to increase as the inertial input velocity increases. This is undesirable at high inertial input speeds.
その理由は、前記誤差打ち消し装置により加えられるバ
イアスの開ループ制御に慣性入力速度が及ぼす影響を考
慮に入れていないからである。This is because it does not take into account the effect of inertial input velocity on the open loop control of the bias applied by the error canceller.
第8図には本発明の誤差打ち消しバイアス装置の別の実
施例のブロック図が示されている。この実施例は閉ルー
プ制御を用いている1、第8図に示す装置は慣性入力速
度の影響を考慮に入れて希望のバイアス制御を行うもの
である。第8図で、レーザ・ジャイロ100が結合要素
31を介してバイアス装置30に結合される。バイアス
装置30はバイアス制御信号発生器832により与えら
れるバイアス制御信号により制御される。レーザ・ジャ
イロ100には、位相角検出器800が結合要素801
を介して結合されるとともに、位相角速度検出器802
が結合要素803を介して結合される。この位相角検出
器802は、ジャイロ100の光ビームの間の位相角が
零を通る(aVdt=o )時に、出力信号を常に生ず
る。したがって、その出力信号は「零速度交差」即ち位
相角を示す。この「零速度交差」というのは先に述べた
ものと同じである。FIG. 8 shows a block diagram of another embodiment of the error cancellation biasing device of the present invention. This embodiment uses closed loop control 1. The apparatus shown in FIG. 8 provides the desired bias control taking into account the effects of inertial input speed. In FIG. 8, laser gyro 100 is coupled to biasing device 30 via coupling element 31. In FIG. Bias device 30 is controlled by a bias control signal provided by bias control signal generator 832. The laser gyro 100 includes a phase angle detector 800 and a coupling element 801.
and a phase angular velocity detector 802
are coupled via coupling element 803. This phase angle detector 802 produces an output signal whenever the phase angle between the light beams of the gyro 100 passes through zero (aVdt=o 2 ). Therefore, the output signal exhibits a "zero velocity crossing" or phase angle. This "zero speed crossing" is the same as described above.
位相角検出器800の出力信号は誤差信号要素900に
より処理される。この誤差信号要素900はサンプル・
ホールド回路804を含む6.このサンプル・ホールド
回路は、位相角速度検出器802の出力信号により示さ
れている零速度交差の時に、位相角検出器800の出力
値を標本化して保持する。The output signal of phase angle detector 800 is processed by error signal element 900. This error signal element 900 is a sample
6. Including hold circuit 804; The sample and hold circuit samples and holds the output value of the phase angle detector 800 at the zero velocity crossing indicated by the output signal of the phase angular velocity detector 802.
位相角速度検出器802は結合要素805を介してサン
プル・ホールド回路804ヘゲート信号を与える。Phase angular rate detector 802 provides a gate signal to sample and hold circuit 804 via coupling element 805 .
誤差信号要素900は信号処理器875を含む。この信
号処理器875はサンプル・ホールド回路804から与
えられる出力に応答する1、誤差信号要素900の出力
は結合要素810を介してバイアス制御信号発生器83
2へ与えられる。このバイアス制御信号発生器832は
それに与えられた信号に応答してバイアス制御信号を発
生する。Error signal element 900 includes a signal processor 875. The signal processor 875 is responsive to the output provided by the sample and hold circuit 804, and the output of the error signal element 900 is connected to the bias control signal generator 83 via a coupling element 810.
given to 2. Bias control signal generator 832 generates a bias control signal in response to a signal applied thereto.
本発明の原理を述べた式(12)、 (13)、 (2
4)についての説明において、累積されたジャイロ出力
角誤差は、零速度交差の時に2つめ光ビームの間の瞬時
位相角がプラスマイナスπラジアンの選択された値だけ
異なるものとすると、大幅に小さくされることを述べた
。第8図に示されている閉ループ・バイアス装置は式(
’17)、 (18)、 (19)により説明した本発
明の原理を適用するものであって、互いに逆向きに進む
2つのビームの間の瞬時位相角の引き続く零交差におけ
る値は、二次微分a’%tit”の極性と同じ極性を有
し、かつ、引き続く2つのディザ−・サイクルすなわち
バイアス反転サイクルにわたって累積されたロックイン
誤差がほぼ零となるように、プラスマイナスπラジアン
の選択された値だけ異々る(二次微分の極性は機械的実
施例におけるディザ−角の同じ極性に一致する)。Equations (12), (13), (2
4), the accumulated gyro output angular error is significantly smaller if the instantaneous phase angle between the second light beam at the zero velocity crossing differs by a selected value of plus or minus π radians. I said that it would be done. The closed-loop biasing device shown in FIG.
'17), (18) and (19), the values at successive zero crossings of the instantaneous phase angle between two beams traveling in opposite directions are The differential a'%tit'' has the same polarity as the polarity of the differential a'%tit'' and is chosen to have a lock-in error of plus or minus π radians such that the accumulated lock-in error over two subsequent dither cycles or bias reversal cycles is approximately zero. (the polarity of the second derivative corresponds to the same polarity of the dither angle in the mechanical embodiment).
したがって、センサ出力に含まれるロックイン誤差は零
まで実質的に減少させられる1、第8図に示す閉ループ
バイアス装置を実現するだめの閉ループ制御の原理を第
9図のグラフで示す。この原理を説明するために、機械
的なバイアス装置を再び用いることにするが、電気的な
バイアス装置も同様に用いることができる1、このバイ
アス装置は電気機械的に動作させられる装置であって、
結合要素31は1つまたはそれ以上の板ばねまたはその
他の類似の結合要素を備え、それによりレーザ・ジャイ
ロ100はジャイロ入力軸26を中心として正の向きと
逆の向きに振動させられ、ディザ−運動を構成する。そ
のようが系は前記したQの高いばね一質量系と仮定され
る。Therefore, the lock-in error contained in the sensor output is substantially reduced to zero.1 The principle of closed-loop control for realizing the closed-loop biasing device shown in FIG. 8 is shown in the graph of FIG. 9. To explain this principle, we will again use a mechanical biasing device, but an electrical biasing device can be used as well.1 This biasing device is an electromechanically operated device. ,
Coupling element 31 comprises one or more leaf springs or other similar coupling elements to cause laser gyro 100 to oscillate about gyro input axis 26 in positive and negative directions and dither. Configure exercise. Such a system is assumed to be the high Q spring-mass system described above.
ある一定の入力ベース運動速度が存在し、かつある一定
のディザ−負振幅成長速度が存在するものと仮定する。Assume that there is a certain input base motion rate and that there is a certain dither negative amplitude growth rate.
入力ベース運動速度をディザ−・サイクル当りRカウン
トとし、振幅成長速度をディザ−・サイクル当りMカウ
ントとする。そうすると、米国特許第3373650号
に開示されているように、完全に正弦波状にディザ−さ
せられるジャイロが、次のような引き続く最大と最小の
ディザ−負振幅AI/A8 、A2/A4が2サイクル
にわたって存在する。Let the input base motion rate be R counts per dither cycle and the amplitude growth rate be M counts per dither cycle. Then, as disclosed in U.S. Pat. No. 3,373,650, a fully sinusoidally dithered gyro has the following maximum and minimum dither negative amplitudes: Exist throughout.
AI =R−3/4 (、R+M’)
A 2 =N+ 1/4 (R−M )A8=P+1/
4 (R+M)
A 4 =N+ 3/4 (M−R)
ここに、P、Nは正と負の最大ディザ−負振幅(カウン
ト)を表す。AI = R-3/4 (, R+M') A 2 = N+ 1/4 (R-M) A8=P+1/
4 (R+M) A 4 =N+ 3/4 (M-R) where P, N represent the maximum positive and negative dither amplitudes (counts).
ここで、第9図に示されるようにパルスが加えられるも
のとする。それらのパルスの大きさXとYがディザ−負
振幅をX、Yだけ永久に増大させる。これは、バイアス
装置が前記したQの高いばね一質量系である場合の状況
にほぼ類似する。Here, it is assumed that pulses are applied as shown in FIG. The magnitudes of these pulses, X and Y, permanently increase the dither negative amplitude by X, Y. This is roughly similar to the situation when the biasing device is the high Q spring-mass system described above.
第9図に示されているように、パルスX、Yが2つのデ
ィザ−・サイクルに同期して与えられる。As shown in FIG. 9, pulses X, Y are applied synchronously with two dither cycles.
振幅が1’+x−1のパルスが点1、すなわち正のディ
ザ−・サイクルのスタート時で与えられ、振幅I“−X
lのパルスが引き続く第2の正のディザ−・サイクルの
スタート時である点3で与えられる。A pulse of amplitude 1'+x-1 is applied at point 1, i.e. at the start of a positive dither cycle, with amplitude I'-X
A pulse of l is provided at point 3, which is the start of the second subsequent positive dither cycle.
更に、第1のディザ−・サイクルの負の部分のスタート
時である点2で振幅が1+y−1のパルスが与えられ、
引き続く第2のディザ−・サイクルの負の部分のスター
ト時である点4で振幅が1−Y」のパルスが与えられる
。3前記したQの高いばね一質量系においては、動揺す
なわちランダムな誤差がないと、ディザ−運動は、パル
スXとYの大きさに依存する選択された値だけ異なる値
の間で交互に現われるピーク振幅を示す。XとYが適切
に選択されるならば、2つのビームの間の瞬時位相角は
、d 2V/d t 2の同じ極性(同じディザ−向極
性)の引き続く2つの零速度交差に対して所定の量、た
とえば土πラジアンだけ異ならせることができる。Furthermore, a pulse of amplitude 1+y-1 is applied at point 2, at the start of the negative portion of the first dither cycle;
At point 4, at the start of the negative portion of the second subsequent dither cycle, a pulse of amplitude 1-Y'' is applied. 3 In the high Q spring-mass system described above, in the absence of perturbations or random errors, the dither motion will alternate between values that differ by a selected value depending on the magnitude of the pulses X and Y. Indicates peak amplitude. If X and Y are chosen appropriately, the instantaneous phase angle between the two beams is given for two subsequent zero velocity crossings of the same polarity (same dither polarity) of d 2V/d t can be varied by the amount, for example, π radians.
前に指定した、引き続く4つの零速度交差における引き
続く4つの更太振幅Al、A2 、All 、A4にパ
ルスX、Yが組合わせるとそれらは数学的に次のように
表される。The combination of the pulses X, Y with the four successive thicker amplitudes Al, A2, All, A4 at the four successive zero speed crossings specified above are expressed mathematically as follows.
A’l =P−3/4 (R+M)+Xλ2二N+1/
4(R−M)+X−Y
18 = P+1/4 (R+M)+X−Y−x=P+
1/4 (R+M)−Y6 = N+3/4 (M−R
)+(X−Y−X+Y)−N+3/4 (M−R)(2
5)
本発明の原理を適用すると、累積されているジャイロ出
力角誤差Eは、それらの最大振幅がカウントの1/2だ
け異なるとすると、引き続く2つのディザ−・サイクル
に対して零まで大幅に小さくできる。最大振幅A′1.
λz、A′a、7N4の間の関係はA′8 = 7(
+ −1/2
上記の条件を真として(25)式をx、yについて解く
と
これから
となる。A'l =P-3/4 (R+M)+Xλ22N+1/
4(RM)+X-Y 18 = P+1/4 (R+M)+X-Y-x=P+
1/4 (R+M)-Y6 = N+3/4 (M-R
)+(X-Y-X+Y)-N+3/4 (M-R)(2
5) Applying the principles of the invention, the accumulated gyro output angular error E will decrease significantly to zero for two subsequent dither cycles, given that their maximum amplitudes differ by 1/2 of a count. Can be made smaller. Maximum amplitude A'1.
The relationship between λz, A'a, and 7N4 is A'8 = 7(
+ -1/2 If the above conditions are true and equation (25) is solved for x and y, the following is obtained.
パルスXとYの振幅は広い変化範囲を有する必要はない
ことに注意されたい。その理由は、それらのパルスの強
さはカウントの任意の整数だけ変えられることができる
からで64 重要なのはそれらのカウントの小数部だけ
である。したがって、X、!:Yの大きさの一1/2カ
ウントから+1/2カウントの範囲で十分である。。Note that the amplitudes of pulses X and Y do not need to have a wide range of variation. The reason is that the strength of those pulses can be varied by any integer number of counts.64 It is only the fractional part of those counts that matters. Therefore, X,! : A range of 1 1/2 counts to +1/2 counts of the magnitude of Y is sufficient. .
次に、(27)式を任意の慣性入力運動とディザ−角振
幅変化の任意の速度とのうちの少くとも一方にあてはめ
るように、パルスXとYの振幅が変調されると仮定する
。XとYのパルス発生器を変調するのに用いる適当な誤
差信号を決定するためにそれは残る。とくに、XとYに
は量「x」と[y−1だけ誤差があると仮定すると、(
28)式は次式のように変る。Next, assume that the amplitudes of pulses X and Y are modulated such that equation (27) applies to any inertial input motion and/or any rate of dither angular amplitude change. It remains to determine the appropriate error signal to use to modulate the X and Y pulse generators. In particular, assuming that there is an error between X and Y by the amounts "x" and [y-1, (
28) The equation changes as follows.
そうすると、
A”l =P+1/4 (M−3R)+1./2+x八
二N+3/4(、M−R)
が得られる。Then, A"l=P+1/4 (M-3R)+1./2+x82N+3/4(,M-R) is obtained.
その結果として、
が得られる。そして、変調誤差rXl 、 I−yJが
導入されるから、(26)式で表されるもはや等式では
ない。(31)式の両辺の正弦をとると、sin 2π
(λ’a−A’t)=a2π(x+y )
(32)sln2π():’4−4’z)−sIn2r
r(x−y)A=Iまたはθ+1/8 であるから、(
4)式が等しいということを用いて、
λ’1=C1−E+1/8
A′’2= −C2+E+1/8
λ’8 = CB−E+1/8
に′番−−C4+E+1/8
となる。ここに、CI、C2、Ca 、C4は4つの引
き続く零速度交差における瞬時ジャイロ出力位相角を表
す。これを(32)式に代入すると次式が得られる。As a result, we get . Then, since modulation errors rXl and I-yJ are introduced, the equation expressed by equation (26) is no longer equal. Taking the sine on both sides of equation (31), sin 2π
(λ'a-A't)=a2π(x+y)
(32) sln2π():'4-4'z)-sIn2r
Since r(x-y)A=I or θ+1/8, (
4) Using the fact that the equations are equal, λ'1=C1-E+1/8 A''2=-C2+E+1/8 λ'8=CB-E+1/8 becomes '--C4+E+1/8. where CI, C2, Ca, C4 represent the instantaneous gyro output phase angles at four consecutive zero speed crossings. Substituting this into equation (32) yields the following equation.
5tn2π(C3−CI )=sfn2zrCx+y’
、) (32a)sin2i(C4−C2)=
stn2π(y−X’) (32b)これらの
式の左辺を展開すると、
(sb+2πC3)(cos2πC1) (cos2π
C3)(sln2πc1)=龜2π(x+y)
(dn2zrC4) (cos2πc2 )−(cos
2πC4)(s1n2πC2)=mln2π(、y−x
)
(33)
が得られる。5tn2π(C3-CI)=sfn2zrCx+y'
, ) (32a) sin2i(C4-C2)=
stn2π(y-X') (32b) Expanding the left side of these equations, we get (sb+2πC3)(cos2πC1) (cos2π
C3) (sln2πc1) = 龜2π(x+y) (dn2zrC4) (cos2πc2) − (cos
2πC4)(s1n2πC2)=mln2π(,y−x
) (33) is obtained.
(33)式により、引き続く4つの零速度交差における
、互いに逆向きに進む光ビームの間の瞬時ジャイロ出力
位相の正弦値と余弦値に依存する誤差変量rx−+とr
y−1を決定するための一対の連立方程式が得られる。According to equation (33), the error variables rx-+ and r, which depend on the sine and cosine values of the instantaneous gyro output phases between the light beams traveling in opposite directions at the four successive zero-velocity crossings,
A pair of simultaneous equations for determining y-1 is obtained.
CI 、C2、CB 、C4の三角関数の値が、第1図
に示されているように、検出器22a 、 22bの出
力端子に得られる。それらの検出量は干渉しまの間隔の
1/4だけ隔てられている。この間隔により、一方の検
出器は光ビームの間の瞬時ジャイロ出力位相角の正弦値
を表し、他方の検出器はその位相角の余弦値を弄す。も
ちろん、その干渉し捷の間隔の4分の1という値にはあ
る許容誤差があり、そのために無視はできるが小さな誤
差が生ずることになる。The values of the trigonometric functions CI, C2, CB, and C4 are obtained at the output terminals of the detectors 22a, 22b, as shown in FIG. The detected quantities are separated by 1/4 of the interference stripe spacing. This spacing allows one detector to represent the sine value of the instantaneous gyro output phase angle between the light beams, and the other detector to represent the cosine value of that phase angle. Of course, there is a certain tolerance for the value of one-fourth of the interfering spacing, which will result in a small but negligible error.
ここで、検出器22&の出力が2つのビームの間の位相
角の正弦を表し、検出器22bの出力がその同じ位相角
の余弦を表すものと仮定する。出力が次式で表されるも
のとする。Now assume that the output of detector 22& represents the sine of the phase angle between the two beams, and that the output of detector 22b represents the cosine of that same phase angle. Assume that the output is expressed by the following equation.
Un = A5石2π(、Cn+α、)Vn =B
CO92ff(Cn+β)
ここに、nは引き続く零速度交差における振幅番号1,
2,3.4である。Un = A5 stone 2π(,Cn+α,)Vn =B
CO92ff(Cn+β) where n is the amplitude number 1 at the subsequent zero speed crossing,
2,3.4.
名目上は入=−B、α=βである。ここに、A。Nominally, input = -B and α = β. Here, A.
Bは検出器22a、22bの利得値を表し、α、βは1
/4干渉じま間隔の位相角許容誤差を表す。ここで、判
別式関数U8Vl −UIV8とU4V2− U2V4
について考えることにする。A、B、α、βには制限が
ないから、
8k = UIIV■−UxVa=AB(sln2π(
C3+α)cos 2π(CI+β)−sin2ff(
C1+α)cos 2π(C3+β))
S2 = U4V2−UzV4=AB(sln2f (
C4+α)cos2π(C2+β) 5ln2π(C2
+α)cos2π(、C4+β))
三角関数の公式から、31とSzのそれぞれの右辺は次
のようになる。B represents the gain value of the detectors 22a and 22b, α and β are 1
/4 Represents the phase angle tolerance of interference fringe spacing. Here, the discriminant functions U8Vl −UIV8 and U4V2− U2V4
I will think about it. Since there is no limit on A, B, α, and β, 8k = UIIV■−UxVa=AB(sln2π(
C3+α) cos 2π(CI+β)−sin2ff(
C1+α) cos 2π(C3+β)) S2 = U4V2-UzV4=AB(sln2f (
C4+α) cos2π(C2+β) 5ln2π(C2
+α)cos2π(,C4+β)) From the trigonometric formula, the right sides of 31 and Sz are as follows.
S1=ABmn2π(C3−CI )cos2π(α−
β)8!=ABsln2π(C4−C2’)cos2π
(α−β)したがって、式(32a’、) 、 (32
b )を代入すると、5l=ABcos2π(α+β’
)sln2yr(C3−C1)−A B cos 2π
(α−β’)sIn2π(x+y)Sz=ABcos2
π(α−β)sIn2π(C4−C2)=ABcos2
π(α−β)!11n2π(y−x)となる。ここで、
yとXがかなり小さいものとすると
Sl二K(x+y)
S2二K(y−X)
と書くことができる。ここに、K=2πABcos2π
(α−めである。したがって、
x = (’81−82 )/2K
y = (Sl+S2)/2に
となる。S1=ABmn2π(C3-CI)cos2π(α-
β) 8! =ABsln2π(C4-C2') cos2π
(α−β) Therefore, the formula (32a', ), (32
b), 5l=ABcos2π(α+β'
)sln2yr(C3-C1)-A B cos 2π
(α-β')sIn2π(x+y)Sz=ABcos2
π(α-β)sIn2π(C4-C2)=ABcos2
π(α−β)! 11n2π(y-x). here,
Assuming that y and X are quite small, it can be written as Sl2K(x+y) S22K(y-X). Here, K=2πABcos2π
(It is α-th. Therefore, x = ('81-82)/2K y = (Sl+S2)/2.
XとyはXとYにおける誤差を表すから、(27)式で
表される左右両辺を等しく保ち、引き続く2つのディザ
−・サイクルにわたって累積されたジャイロ出力角誤差
がほぼ零であるように、正しいパルス振幅X、Yを得る
ためにはX、Yからそれぞれx、yを差し引かねばなら
ない。すなわち、X = X−x=X−(S 1−82
)/2KY’= Y−y=Y−(Sl−82)/2に
このことは、誤差が零の信号の場合にはXとYは一定値
に保たれ、それ以外の場合には、誤差信号により指令さ
れてノくルス振幅X、Yを変調するためにX、Yは増分
x、yを加算されたり、増分を減算されたりして修正さ
れることを意味する。Because X and y represent errors in To obtain the correct pulse amplitudes X and Y, x and y must be subtracted from X and Y, respectively. That is, X = X-x=X-(S 1-82
)/2KY'= Y-y=Y-(Sl-82)/2 This means that for a signal with zero error, X and Y are kept constant; otherwise, the error is This means that X, Y are modified by adding or subtracting increments x, y to modulate the Norculus amplitudes X, Y as commanded by the signal.
誤差信号31と82は三角多値あいまいさくtrigo
nometric multivalue ambig
uity) を有することに注意されたい。すなわち
、誤差信号は、2つの振幅(81の場合にはC8とC1
で、S2の場合にはC4と02である)が1/2カウン
ト異なる時ばかりでなく、両方の振幅が等しい時も誤差
信号はなくなる。いいかえると、X、・yのための零誤
差信号も、1/2カウントの誤差がある時は戻される。The error signals 31 and 82 are triangular multivalued ambiguities.
nometric multivalue ambig
Note that it has ``utility''. That is, the error signal has two amplitudes (C8 and C1 in the case of 81
In the case of S2, the error signal disappears not only when C4 and 02) differ by 1/2 count, but also when both amplitudes are equal. In other words, the zero error signal for X,.y is also returned when there is an error of 1/2 count.
したがって、時には誤差信号を1/2カウントだけ大き
くする必要がある。このあいまいさは、別のアナログ計
算を行うことによって識別できる。Therefore, it is sometimes necessary to increase the error signal by 1/2 count. This ambiguity can be identified by performing another analog calculation.
すなわち、
a = lUl+Ull IJ−IVl+Vll 1H
= lU2+U41+1v2+v+ lGがあるしきい
値をこえたとすると(たとえば、G’>1/2(1−B
))81 に1//2カウントを加え、Hがあるしきい
値をこえたとすると82 に1/2カウントを加える。That is, a = lUl+Ull IJ-IVl+Vll 1H
= lU2+U41+1v2+v+ If lG exceeds a certain threshold (for example, G'>1/2(1-B
)) Add 1/2 count to 81, and if H exceeds a certain threshold, add 1/2 count to 82.
第10図には本発明の原理を用いている閉ループ誤差打
ち消しバイアス装置の第8図より詳しいブロック図であ
る。この閉ループ誤差打ち消しバイアス装置は第8図に
示すバイアス装置と同様に動作し、第9図を参照して説
明した制御法と、(25)式についての制御技法を利用
する。第10図に示す閉ループ・バイアス装置は、第5
,8図に示されているのに類似のQの高いぼね一質量系
を示す電気機械的なバイアス装置であると仮定する。第
10図において、リング・レーザ・ジャイロ800はバ
イアス装置30から結合要素31を介して機械的にバイ
アスされる。バイアス装置30はバイアス制御信号発生
器832から与えられるバイアス制御信号により制御さ
れる。第10図の閉ループバイアス装置10は誤差信号
発生器900を含む。FIG. 10 is a more detailed block diagram than FIG. 8 of a closed loop error cancellation biasing device employing the principles of the present invention. This closed loop error cancellation biasing device operates similarly to the biasing device shown in FIG. 8 and utilizes the control method described with reference to FIG. 9 and the control technique for equation (25). The closed loop biasing device shown in FIG.
, 8 assume an electromechanical biasing device exhibiting a high-Q, single-mass system similar to that shown in FIG. In FIG. 10, ring laser gyro 800 is mechanically biased via coupling element 31 from biasing device 30. In FIG. Bias device 30 is controlled by a bias control signal provided by bias control signal generator 832. Closed loop biasing device 10 of FIG. 10 includes an error signal generator 900.
この誤差信号発生器900は、互いに逆向きに進む2つ
のビームの間のジャイロ出力位相角関係に応答して誤差
信号をバイアス制御信号発生器832へ与える。これに
よりこの閉ループ制御装置が完結される。The error signal generator 900 provides an error signal to the bias control signal generator 832 in response to the gyro output phase angle relationship between the two beams traveling in opposite directions. This completes the closed loop control system.
バイアス制御信号発生器832は加算器836と、Xパ
ルス発生器835と、Xパルス発生器837とで構成さ
れる。加算器836は、第3図の第1の信号発生器34
に類似する信号発生器834からの出力信号を加え合わ
せる。Xパルス発生器835とXパルス発生器837は
パルス信号を発生する。それらのパルス信号は加算器8
36によりディザ−信号発生器834の出力信号に加え
合わされる。加算器836の出力はバイアス制御信号発
生器832からのバイアス制御信号であって、バイアス
装置30に与えられる。Bias control signal generator 832 includes an adder 836, an X-pulse generator 835, and an X-pulse generator 837. Adder 836 is similar to first signal generator 34 of FIG.
The output signals from signal generators 834 similar to . X pulse generator 835 and X pulse generator 837 generate pulse signals. Those pulse signals are sent to the adder 8
36 to the output signal of dither signal generator 834. The output of adder 836 is the bias control signal from bias control signal generator 832 and is provided to bias device 30.
バイアス信号発生器832は誤差信号発生器900から
誤差信号を受ける。この誤差信号発生器900は信号処
理器875と、サンプル・ホールド・ゲー) 804a
、804bと、信号格納装置807a 、 807bを
含む。Bias signal generator 832 receives an error signal from error signal generator 900. This error signal generator 900 includes a signal processor 875 and a sample/hold gate 804a.
, 804b, and signal storage devices 807a, 807b.
信号処理器875は、互いに逆向きに進む2つの光ビー
ムの間のジャイロ出力位相角に応答して位相−/D
−
角データを処理し、Xパルス発生器835を変調する出
力誤差信号Xと、Xパルス発生器837を変調する誤差
信号yを発生する。Signal processor 875 is responsive to the gyro output phase angle between two light beams traveling in opposite directions to determine the phase -/D.
- Process the angular data and generate an output error signal X that modulates the X-pulse generator 835 and an error signal y that modulates the X-pulse generator 837.
第10図のバイアス装置は第8図に示されているバイア
ス装置と同様に、はぼ零速度交差において、互いに逆向
きに進む2つの光ビームの位相角Wの値を必要とする。The biasing device of FIG. 10, like the biasing device shown in FIG. 8, requires the value of the phase angle W of two light beams traveling in opposite directions at the zero velocity crossing.
更に、第10図の装置で世いられる前記制御法は、零速
度交差における位相角の正弦値と余弦値を利用する。第
10図で、レーザ・ジャイロ100(第1図)に類似す
るレーザ・ジャイロ800には光検出器22a 、 2
2bが設けられる。光検出器22a、 22bは干渉じ
まパターンの間隔の1/4の距離だけ互いに隔てられて
、2つのビームの間の位相角の正弦と余弦を示す信号を
発生する位相角検出器を構成する。光検出器22&の出
力端子は時間微分回路845aを介して窓比較器841
に結合され、光検出器22bの出力端子は時間微分回路
845bを介して窓比較843に結合される。これらの
窓比較器の出力端子はアンド回路844により論理的に
結合される。窓比較器841と843、微77−
76−
分器845mと845b、およびアンド・ゲート回路8
44は第1図に示されている位相角速度検出器8θ2の
機能を行う。Furthermore, the control method used in the apparatus of FIG. 10 utilizes the sine and cosine values of the phase angle at the zero speed crossing. In FIG. 10, a laser gyro 800 similar to laser gyro 100 (FIG. 1) includes photodetectors 22a, 2.
2b is provided. The photodetectors 22a, 22b are separated from each other by a distance of 1/4 of the spacing of the interference fringe patterns and constitute a phase angle detector that generates signals indicative of the sine and cosine of the phase angle between the two beams. . The output terminal of the photodetector 22& is connected to a window comparator 841 via a time differentiation circuit 845a.
The output terminal of photodetector 22b is coupled to window comparator 843 via time differentiator circuit 845b. The output terminals of these window comparators are logically combined by an AND circuit 844. Window comparators 841 and 843, differential 77-76- dividers 845m and 845b, and AND gate circuit 8
44 performs the function of the phase angular velocity detector 8θ2 shown in FIG.
第10図に示されているように、誤差信号発生器900
のサンプル・ホールド回路804a、 804bはアン
ドゲート844の出力によりゲート制御される。As shown in FIG. 10, an error signal generator 900
The sample and hold circuits 804a and 804b are gate-controlled by the output of an AND gate 844.
サンプル・ホールド回路804aへは光検出器220の
出力が与えられ、サンプル・ホールド回路804bへは
光検出器22bの出力が与えられる。各サンプル・ホー
ルド回路804a、 804bの出力は一時的彦格納装
置807m、807bへそれぞれ与えられる。それらの
サンプル・ホールド回路と一時的な格納装置はアナログ
型、デジタル型またはその組合わせで構成できるが、こ
こでは説明のために、サンプル・ホールド回路804m
、804bの出力は光検出器22a。The output of the photodetector 220 is applied to the sample and hold circuit 804a, and the output of the photodetector 22b is applied to the sample and hold circuit 804b. The output of each sample and hold circuit 804a, 804b is provided to a temporary storage device 807m, 807b, respectively. These sample and hold circuits and temporary storage devices can be of analog type, digital type, or a combination thereof; however, for purposes of illustration, the sample and hold circuit 804m
, 804b are output to the photodetector 22a.
22bのデジタル表現と考えることにする。格納袋98
07m、807bは通常のデジタル・メモリ回路と仮定
する。Let us consider this as a digital representation of 22b. Storage bag 98
It is assumed that 07m and 807b are normal digital memory circuits.
一時的格納装置807a、 807bの出力は誤差信号
発生器の信号処理器875により処理される。信号処理
器875は、(25)式におけるXとyを示す出力制御
誤差信号をとり出すために、(25)式について先に説
明した計算を行う。誤差信号x、yはXパルス発生器8
35とXパルス発生器837にそれぞれ与えられる。誤
差信号x、yは、前記したように、Xパルス発生器83
5とXパルス発生器837の出力パルス信号の大きさを
それぞれ変調するための閉ループ制御誤差信号である。The outputs of temporary storage devices 807a, 807b are processed by signal processor 875 of the error signal generator. The signal processor 875 performs the calculation described above for equation (25) in order to extract the output control error signal indicating X and y in equation (25). The error signals x and y are generated by the X pulse generator 8.
35 and X pulse generator 837, respectively. The error signals x and y are generated by the X pulse generator 83 as described above.
5 and X pulse generator 837, respectively.
窓比較器841.843は互いに類似しているから窓比
較器841だけを説明する。第10a図に示されている
のは窓比較器を構成するための一実施例である。第10
a図を参照して、窓比較器841は比較器842aと8
42bで構成される。比較器842a、842bは2つ
の信号のレベルを比較するために簡単な比較器として用
いられる通常の演算増幅器その他の装置とすることがで
きる。比較器842aの正入力端子には微分器845a
の出力端子が接続される。微分器845aの出力は比較
器842bの反転入力端子へも接続される。比較器84
2bの反転入力端子は基準電圧[+1に接続され、比較
器842bの非反転入力端子は基準電圧[−1に接続さ
れる。比較器842m、842bの出力はノアゲート8
46に組合わされる。Since window comparators 841 and 843 are similar to each other, only window comparator 841 will be described. Illustrated in FIG. 10a is one embodiment for constructing a window comparator. 10th
Referring to figure a, window comparator 841 is connected to comparators 842a and 8
42b. Comparators 842a, 842b may be conventional operational amplifiers or other devices used as simple comparators to compare the levels of two signals. A differentiator 845a is connected to the positive input terminal of the comparator 842a.
output terminal is connected. The output of differentiator 845a is also connected to the inverting input terminal of comparator 842b. Comparator 84
The inverting input terminal of comparator 842b is connected to reference voltage [+1, and the non-inverting input terminal of comparator 842b is connected to reference voltage [-1. The outputs of the comparators 842m and 842b are the NOR gates 8
46.
次に、窓比較器841の動作を説明する。光ビームの間
に十分か速度(dF/dt)の絶えず変化する位相が存
在する限りは、位相微分器845aの出力は正または負
であシ、その大きさは、十分に小さい量であるεのよう
な予め選択されている値よりも大きい。この状況におい
ては、比較器842a、842bのいずれか一方(ただ
し双方ではない)の出力は論理1(11」に対応する高
い電圧レベルである。Next, the operation of window comparator 841 will be explained. As long as there is a constantly changing phase of sufficient velocity (dF/dt) between the light beams, the output of phase differentiator 845a can be positive or negative, and its magnitude is a sufficiently small amount ε greater than a preselected value such as . In this situation, the output of one (but not both) of comparators 842a, 842b is at a high voltage level corresponding to a logic one (11'').
ノアゲート846の出力は、この状況においては論理o
(’ rOJ )である。一方、零速度交差#/dt
が零である間は、微分器845aの出力は正または負の
εの値より低い値まで低下し、比較器842aと842
bの出力は「0」となる。この状況においてはノアゲー
ト210の出力は[1−1となる。The output of NOR gate 846 is logic o in this situation.
('rOJ). On the other hand, zero speed crossing #/dt
is zero, the output of differentiator 845a falls to a value lower than the positive or negative value of ε, and comparators 842a and 842
The output of b becomes "0". In this situation, the output of NOR gate 210 becomes [1-1.
窓比較器843は位相微分器845bの出力端子に接続
される。この窓比較器843は光検出器22bの出力に
応答して、窓比較器843について述べたのと同様な動
作を行う。すなわち、光ビームの間の位相角の変化率が
窓比較器のしきい値よりも高い時には窓比較器843の
出力は常に1−0」であシ、位相角の変化率がしきい値
εより低い時は[1−1である。Window comparator 843 is connected to the output terminal of phase differentiator 845b. This window comparator 843 performs the same operation as described for window comparator 843 in response to the output of photodetector 22b. That is, when the rate of change of the phase angle between the light beams is higher than the threshold of the window comparator, the output of the window comparator 843 is always 1-0, and the rate of change of the phase angle is higher than the threshold ε. When it is lower, it is [1-1.
次に、第10図に示す閉ループ・バイアス装置の動作に
ついて説明する。光検出器22a、22bが干渉じまパ
ターンの間隔の約1/4だけ隔てて配置される。光検出
器22aの出力は互いに逆向きに進む2つの光ビームの
間の位相角の正弦と考えることができ、光検出器22b
の出力は同じ光ビームの間の位相角の余弦を衣すものと
考えることができる。Next, the operation of the closed loop bias device shown in FIG. 10 will be explained. Photodetectors 22a and 22b are arranged at a distance of about 1/4 of the interval between the interference fringe patterns. The output of the photodetector 22a can be considered as the sine of the phase angle between the two light beams traveling in opposite directions, and the output of the photodetector 22b
The output of can be thought of as the cosine of the phase angle between the same beams of light.
零速度交差においては、比較器841.843の出力は
「1」である。その理由は、その位相角の時間変化率が
零であるから+εと−εの間の値だからである。この状
況では、窓比較器841 、843の各出力が[11で
あるから、アンドゲート844の出力は「1」である。At the zero speed crossing, the output of comparator 841.843 is "1". The reason for this is that since the time rate of change of the phase angle is zero, the value is between +ε and -ε. In this situation, since each output of window comparators 841 and 843 is [11], the output of AND gate 844 is "1".
しかし、他の全ての状況においてはアンドゲート44の
出力は「0−1であって絶えず加えられるディザ−運動
を行う。アンドゲート844の出力が「0」から[1−
1へ変化すると、サンプル・ホールド回路804a、8
04bがゲート制御され、その入力端子に何が与えられ
てもその入力は標本化され、次の零速度交差に起るもの
である次のゲート制御が行われるまで一時的に保持され
る。したがって、サンプル・ホールド回路が、各零速度
交差が発生された時に光ビームの間の位相角の正弦と余
弦をそれぞれ表す光検出器22a、、22bの出力を光
検出器22a、22bが標本化する。サンプル・ホール
ド回路804a、804bの出力は格納装置807a、
807bに格納され、その後で信号処理器900によ
り適切に処理される。However, in all other situations, the output of AND gate 44 is ``0-1'', providing a constantly applied dithering motion.
When it changes to 1, the sample and hold circuits 804a, 8
04b is gated and whatever is applied to its input terminal is sampled and held temporarily until the next gate, which occurs at the next zero speed crossing. Thus, the sample and hold circuit samples the outputs of photodetectors 22a, 22b, which represent the sine and cosine, respectively, of the phase angle between the light beams when each zero velocity crossing occurs. do. The outputs of the sample and hold circuits 804a and 804b are stored in a storage device 807a,
807b and then processed appropriately by signal processor 900.
信号処理器900は、引き続く零速度交差において光検
出器22a 、 22bからの瞬時位相角を組合わせて
、(34)式を参照して説明したようにして、出力制御
誤差信号Xとyを与える。信号処理器875は、式(3
3)について説明した時に連立方程式の解について説明
したような算術演算を行えるものであれば、信号処理装
置875はアナログ型とデジタル型のいずれの型式のも
のでも用いることができる。Signal processor 900 combines the instantaneous phase angles from photodetectors 22a, 22b at subsequent zero velocity crossings to provide output control error signals X and y, as described with reference to equation (34). . The signal processor 875 uses the formula (3
The signal processing device 875 can be of either an analog type or a digital type, as long as it can perform arithmetic operations such as those described for solutions of simultaneous equations when explaining 3).
説明を続けるに際して、互いに逆向きに進む2つのビー
ムの間の、ディザ−・サイクルの各部分における瞬時位
相角に関連する、引き続く零速度交差の1極性」を識別
することが重要である。以後、引き続く正の零速度交差
のととをd 21F/d t ”が正である零速度交差
と呼び、d 2F/d t 2が負である零速度交差と
呼ぶことにする。機械的なバイアス装置においては、正
と負の零速度交差は回転の向きが第1の向きから第2の
向きへ変化する時刻と、回転の向きが第2の向きから第
1の向きへ変化する時刻にそれぞれ一致する。第9図を
参照して、たとえば、引き続く正の零速度交差はディザ
−負振幅AI 、A8に対応し、引き続く負の零速度交
差はディザ−負振幅A2 、A4に対応する。Continuing the discussion, it is important to identify the unipolarity of subsequent zero velocity crossings associated with the instantaneous phase angle during each portion of the dither cycle between two beams traveling in opposite directions. Hereinafter, we will refer to successive positive zero speed crossings as zero speed crossings where d 21F/d t '' is positive, and zero speed crossings where d 2F/d t 2 is negative. In a bias device, the positive and negative zero velocity crossings occur at the time the direction of rotation changes from the first direction to the second direction, and at the time the direction of rotation changes from the second direction to the first direction. Referring to FIG. 9, for example, successive positive zero velocity crossings correspond to dither negative amplitudes AI, A8, and successive negative zero velocity crossings correspond to dither negative amplitudes A2, A4.
ここで、慣性入力運動が無く、バイアス制御信号発生器
832がバイアス制御信号をバイアス装置30へ与えて
、引き続く同符号の2つの各零速度交差(す々わち、正
または負の零速度交差)における2つのビームの間の瞬
時位相角が正確に2分の1カウント、または土πラジア
ンだけ異なるようにする。この状況においては、出力信
号x、yは零であり、Xパルス発生器835とXパルス
発生器837が一定のままで、第3図を参照して、累積
ジャイロ出力角誤差がほぼ零であるような第3図に関連
する式について先に述べたように動作する。Here, there is no inertial input motion, and bias control signal generator 832 provides a bias control signal to bias device 30 for each of two subsequent zero speed crossings of the same sign (i.e., positive or negative zero speed crossings). ) such that the instantaneous phase angles between the two beams at ) differ by exactly one-half count, or earth π radians. In this situation, the output signals x, y are zero, the X pulse generator 835 and the X pulse generator 837 remain constant, and the cumulative gyro output angle error is approximately zero, referring to FIG. The equations associated with FIG. 3 operate as described above.
ここで、第10図に示す装置にいくらかの慣性入力運動
が存在するような状況における、第10図に示す閉ルー
プ・バイアス装置の応答を説明する。この状況において
は、同じ符号の引き続く2つの零速度交差の間の瞬時位
相角はもはや土πラジアンだけは異ならない。この状況
においては、信号処理器900はXパルス発生器835
のXの値と、Xパルス発生器837のYの値を変調する
ために適切々X信号値とy信号値を迅速に与えるから、
Xとyの値は再び零にされる。したがって、同じ符号の
引き続く零速度交差に対する光ビームの間の位相角が土
πラジアンだけ異って、2つのディザ−・サイクルにわ
たって累積された全誤差がt4ぼ零になるように、レー
ザ・ジャイロのだめのバイアス装置を閉ループ動作させ
るために必要とされる閉ループ誤差信号をXとyは与え
る。もちろん、これは、センサの出力に含まれるロック
イン誤差も零までほぼ減少させられることを意味する。We will now discuss the response of the closed loop biasing device shown in FIG. 10 in situations where there is some inertial input motion to the device shown in FIG. In this situation, the instantaneous phase angles between two consecutive zero velocity crossings of the same sign no longer differ by .pi. radians. In this situation, the signal processor 900 uses the X-pulse generator 835
The X value of the X pulse generator 837 and the Y value of the X pulse generator 837 are quickly given as appropriate X signal values and Y signal values.
The values of X and y are again set to zero. Therefore, the laser gyro is configured such that the phase angles between the light beams for subsequent zero velocity crossings of the same sign differ by π radians so that the total error accumulated over two dither cycles is approximately zero. X and y provide the closed loop error signal required for closed loop operation of the biasing device. Of course, this means that the lock-in error contained in the output of the sensor is also reduced to approximately zero.
終りまで(25)式により記述され、第10図に示す実
施例に含まれている制御技術は、本発明の原理を実施す
るだめの帰還バイアス装置の所期の機能を得ることが可
能な各種の制御技術のうちの一例にすぎないことに注意
すべきである。とくに、誤差信号発生器90口とバイア
ス制御信号発生器832との組合わせは、以前に起きた
、時計回りのピーク位相角における瞬時位相角と、逆時
計回りのピーク位相角における瞬時位相角を基にして、
それらの瞬時位相角を制御しなければならない。The control technique described throughout by equation (25) and included in the embodiment shown in FIG. It should be noted that this is only one example of a control technique. In particular, the combination of error signal generator 90 and bias control signal generator 832 detects the instantaneous phase angle at the previously occurring clockwise peak phase angle and the instantaneous phase angle at the counterclockwise peak phase angle. Based on
Their instantaneous phase angles must be controlled.
誤差信号発生器900と、それに課された制御計画によ
り、引き続く零速度交差値が、リング・レーザ・ジャイ
ロに通常伴う出力信号中のロックイン誤差を大幅に小さ
くするように、(19)式に従って所定の値を持たせら
れる。更に、以上説明した実施例では機械的バイアス技
術を用いるものについて説明したが、ロックイン誤差減
少に前記したように電気/光学的技術を用いることもで
きる。以上説明したロックイン誤差減少は零速度交差位
相角情報を用いるものについて説明したが、他の選択さ
れた位相速度点も選択できる。これは本発明の技術的範
囲内である。The error signal generator 900 and the control strategy imposed thereon ensure that subsequent zero-velocity crossing values significantly reduce the lock-in error in the output signal typically associated with ring laser gyros, according to equation (19). Can be given a predetermined value. Additionally, although the embodiments described above use mechanical biasing techniques, electrical/optical techniques may also be used to reduce lock-in errors, as described above. Although the lock-in error reduction described above uses zero velocity cross phase angle information, other selected phase velocity points can also be selected. This is within the scope of the invention.
簡単に要約すれば、ディザ−させられ、または逆バイア
スさせられるリング・レーザ角速度センサのロックイン
誤差特性は、引き続く零速度交差における、互いに逆向
きに進む2本の光ビームの間の瞬時位相差を制御するこ
とにより、はぼ打ち消される。とくに、機械的にバイア
スをかけられる種類のものにおいては、バイアス機構に
よりひき起された回転振動の時計回りと逆時計回りのピ
ークの振幅すなわち最大振幅を変えることにより取り扱
うことができる。第8図は、零速度交差における実際の
位相角が検出され、閉ループ制御装置の入力および同期
のために利用される閉ループ制御装置を示すものである
。第10図は第8図に示されている制御装置の詳しいブ
ロック図である。Briefly summarized, the lock-in error characteristic of a dithered or reverse biased ring laser angular rate sensor is the instantaneous phase difference between two oppositely traveling optical beams at subsequent zero velocity crossings. By controlling , it is canceled out. In particular, in the mechanically biased type, this can be handled by changing the amplitude of the clockwise and counterclockwise peaks, ie, the maximum amplitude, of the rotational vibration caused by the biasing mechanism. FIG. 8 shows a closed loop controller in which the actual phase angle at the zero speed crossing is detected and utilized for closed loop controller input and synchronization. FIG. 10 is a detailed block diagram of the control device shown in FIG. 8.
この装置においては、リング・レーザ角速度センサを正
転および逆転させるだめのバイアス装置に、正弦波運動
を行わせる信号と、零速度交差において位相角を希望ど
おりに制御する一連の制御パルスが与えられる。In this device, a biasing device for forward and reverse rotation of a ring laser angular velocity sensor is provided with a signal that causes a sinusoidal motion and a series of control pulses that control the phase angle as desired at the zero velocity crossing. .
第12.13図には、第10.8図に示されている装置
により行われるのとほぼ同じ閉ループ制御誤差打消しバ
イアスをかける、リング・レーザ角速度センサ装置が示
されている。しかし、第12゜13図に示す装置は位相
角モニタ装置から位相角情報を直接求めず、その代りに
速度情報信号とバイアス情報信号の組合せを利用する。Figure 12.13 shows a ring laser angular rate sensor arrangement that provides substantially the same closed loop control error cancellation biasing as is done by the arrangement shown in Figure 10.8. However, the apparatus shown in FIGS. 12-13 does not directly obtain phase angle information from a phase angle monitor, but instead utilizes a combination of velocity information and bias information signals.
第12図には、検出器22と組合せプリズム21を含む
検出器部品(第11図)がセンサのリング・レーザ部分
から分離されていることを除き、第1図に示されている
のとほぼ同じであるリング・レーザ角速度センサ110
0が示されている。レーザ媒体10により供給されて、
反射鏡13,14゜15VCより構成されている閉ルー
プ路に沿って伝播する波11.12を支持機構1101
が支持する、。FIG. 12 shows substantially the same as that shown in FIG. 1, except that the detector parts (FIG. 11), including detector 22 and combination prism 21, are separated from the ring laser portion of the sensor. The same ring laser angular velocity sensor 110
0 is shown. supplied by the laser medium 10;
A support mechanism 1101 supports waves 11 and 12 that propagate along a closed loop path composed of reflecting mirrors 13 and 14°15VC.
Supported by.
ベース1125には組合せプリズム21′と検出器22
が固定される。この検出器22の出力は信号処理器11
24へ与えられる。この信号処理器は、支持ill 1
101とベース1125およびそれらに関連する部品で
構成されている角速度センサ装置1100全体の回転速
度を示す出力信号を発生する1゜支持機構1101とベ
ース1125には、入力軸26にほぼ平行なピボツト軸
を定める基準軸(図示せず)をほぼ中心として、支持機
構1101をベース1125に対して回転モードで振動
させる回転振動機構1130が結合される。The base 1125 includes a combination prism 21' and a detector 22.
is fixed. The output of this detector 22 is transmitted to the signal processor 11
Given to 24. This signal processor supports ill 1
The 1° support mechanism 1101 and the base 1125 have a pivot axis substantially parallel to the input axis 26, which generates an output signal indicating the rotational speed of the entire angular velocity sensor device 1100, which is composed of the angular velocity sensor device 1100, which is composed of the angular velocity sensor device 101, the base 1125, and related parts. A rotary vibration mechanism 1130 is coupled to the support mechanism 1101 to vibrate the support mechanism 1101 in a rotational mode relative to the base 1125 approximately around a reference axis (not shown) that defines the base 1125 .
これまで説明してきた第12図に示す装置は米国特許第
3373650号に示されている装置とほぼ同じであり
、ケース内に装置された読出しリング・レーザジャイロ
装置と呼ばれることがある。そのような装置においては
、信号処理器1124は全体の装置1100の回転速度
を示す信号を発生するが、回転振動機$1130により
ひき起される回転運動は通常は排除する。この種の装置
はこの分野では周知のものである。The device shown in FIG. 12 that has been described thus far is substantially similar to the device shown in U.S. Pat. No. 3,373,650, and is sometimes referred to as an in-case readout ring laser gyro device. In such devices, the signal processor 1124 generates a signal indicative of the rotational speed of the entire device 1100, but typically excludes the rotational motion caused by the rotary vibrator $1130. Devices of this type are well known in the art.
第12図には回転振動検出器1140も示されている。Also shown in FIG. 12 is a rotational vibration detector 1140.
この回転振動検出器1140の出力信号はバイアス制御
信号発生器1150へ接続要素1141を介して与えら
れる。このバイアス制御信号発生器1150へは、信号
処理器1124の出力信号も接続要素1142を介して
与えられる。バイアス制御信号発生器1150は回転振
動機構1130へバイアス制御信号を接続要素1151
を介して与える。The output signal of this rotational vibration detector 1140 is provided to a bias control signal generator 1150 via a connecting element 1141. The output signal of the signal processor 1124 is also provided to the bias control signal generator 1150 via a connection element 1142. A bias control signal generator 1150 connects a bias control signal to a rotary vibration mechanism 1130 through an element 1151.
Give through.
回転振幅検出器1140が、ベース1125に対する支
持機構1101の回転運動に応じて、非運動基準、すな
わち、誘導させられない回転振動として任意に定められ
る固定基準軸を中心とする、時計回りの回転振幅と逆時
計回りの回転振幅を示す信、号を発生する。The rotational amplitude detector 1140 detects, in response to the rotational movement of the support mechanism 1101 relative to the base 1125, a clockwise rotational amplitude about a fixed reference axis that is arbitrarily defined as a non-moving reference, i.e., an uninduced rotational vibration. and a signal indicating the counterclockwise rotation amplitude is generated.
以下に説明するように、バイアス制御信号発生器115
0は、誤差打消しバイアスを与えるように、先に説明し
たのと類似のやり方で、引き続く零速度交差位相角を正
確に制御するように回転振動機構1130を制御するよ
うにして、信号処理器1124の速度情報を示す出力と
、回転振幅検出器1140の回転運動情報を示す出力と
を組合わせることによりバイアス制御信号を与える。先
に説明1〜だように、回転振動機構1130のような1
つの種類のバイアス装置が米国特許第3373650号
にほぼ示されている。センサ1100が本質的に高Qの
ばね−質量系であるように、支持機構1101は1つま
たはそれ以上のばね1131すなわちねじれ要素を介し
てベース1125にとりつけられる。そのような高Q装
置においては、ばねにとりつけられてそのばねを曲げる
圧電素子のようなトランスデユーサ1132により回転
がひき起される。このトランスデユーサは制御電気信号
に応答してばねを曲げ、支持機構1101をベース11
25に対して回転させる。回転振動機構1130のトラ
ンスデユーサ1132へ与えられたパルスは、この装置
が高Qのはね−質量系であるから、回転振動の多くのサ
イクルを効果的に行わせる。各パルスは非常に軽くダン
ピングされた正弦波リンギングを生ずる。パルスが同期
して与えられると、パルスに続くピーク振幅を制御でき
、それは(24)〜(28)式の解析にほぼ示されてい
る。Bias control signal generator 115, as described below.
0, the signal processor controls the rotary oscillation mechanism 1130 to accurately control the subsequent zero velocity cross phase angle in a manner similar to that previously described to provide an error cancellation bias. A bias control signal is provided by combining the output of the rotational amplitude detector 1124 indicating speed information and the output of the rotational amplitude detector 1140 indicating rotational motion information. As explained in the explanations 1 to 1 above, 1 such as the rotary vibration mechanism 1130
Two types of biasing devices are generally shown in US Pat. No. 3,373,650. Support mechanism 1101 is attached to base 1125 via one or more springs 1131 or torsion elements such that sensor 1100 is essentially a high-Q spring-mass system. In such high Q devices, rotation is caused by a transducer 1132, such as a piezoelectric element attached to a spring and bending the spring. The transducer bends the spring in response to a control electrical signal to move the support mechanism 1101 to the base 11.
Rotate against 25. The pulses applied to the transducer 1132 of the rotary vibration mechanism 1130 effectively cause many cycles of rotational vibration since the device is a high Q spring-mass system. Each pulse produces a very lightly damped sinusoidal ringing. If the pulses are applied synchronously, the peak amplitude following the pulse can be controlled, which is approximately shown in the analysis of equations (24)-(28).
ここで、第9図に示されているのに類似する、ひき起さ
れる回転振動について考えてみることにする。回転振動
機構へ与えられる信号は、その回転振動機構に与えられ
た制御信号の第1の成分により、第1の振動数でセンサ
が正弦波状にディザ−するようなものである。与えられ
た制御信号の第2の成分は、点1,2,3.4において
第1の振動数での正弦波状のディザ−に同期させられて
、Y個のパルス列との組合せで交互に与えられるX個の
パルス列により与えられる。Let us now consider induced rotational vibrations similar to those shown in FIG. The signal applied to the rotary vibration mechanism is such that a first component of the control signal applied to the rotary vibration mechanism causes the sensor to dither sinusoidally at a first frequency. The second component of the applied control signal is applied alternately in combination with Y pulse trains, synchronized with a sinusoidal dither at the first frequency at points 1, 2, 3.4. is given by X pulse trains.
次に、下記のような加えられるパルス列により発生され
る回転振動の動作について説明する。Next, the operation of the rotational vibration generated by the applied pulse train as described below will be explained.
(a)点1に与えられるパルスの振幅をランダムにする
(第9図)。(a) Randomize the amplitude of the pulse given to point 1 (Figure 9).
(b)パルス+Yを点2に与える。(b) Apply pulse +Y to point 2.
(C)パルス−X7&:点3に加える。(C) Pulse-X7&: Add to point 3.
(di パルス−Yを点4に加える。(di pulse-Y is added to point 4.
(、) (a)〜(d)をくり返えす。(,) Repeat steps (a) to (d).
ロンフィン誤差打消しバイアスのために、XとYとの大
きさの求められている値は(28)式に関連して先に説
明したものである。The desired values of the magnitudes of X and Y for the Ronfin error cancellation bias are those described above in connection with equation (28).
X=M+ 1/2 (28)および
Y=R
ここに、M−ディザ−振幅の増大率(ひき起された回転
振動の時計回りと逆時計回り
とのピーク振幅)、
R−センサ装置の回転速度、
である。X = M + 1/2 (28) and Y = R where M - dither - amplitude increase rate (clockwise and counterclockwise peak amplitude of induced rotational vibrations), R - rotation of the sensor device The speed is .
上記は、XとYのパルスの大きさが、先行する2つのサ
イクル中にひき起されたディザ−回転と速度との観測を
基準にして、次の2つのサイクルのディザ−期間に対し
て調整されるような、誤差修正制御計画として表すこと
ができる。この計画は次式のように数学的に記述するこ
とができる。The above shows that the magnitudes of the X and Y pulses are adjusted for the dither period of the next two cycles based on the observed dither rotation and velocity induced during the previous two cycles. It can be expressed as an error correction control plan, such as This plan can be described mathematically as follows.
X(new) = X(’1ist) + x
(101)Y(new) 二Y(’1ast)
+ y (102)ここに、
!−(1/2)(1+D3+D4−DI−02)
(103)y=−R+(1/2)(D2+D3−DI
−04) (104)DIとD3は連続する2つの
ピーク時計回り振幅の大きさを示し、D2.D4は連続
する2つのピーク逆時計回り振幅の大きさを示す。それ
らの振幅の大きさは、先行する2つのディザ−・サイク
ル中に回転振幅検出器1140により検出されたもので
ある。Rは検出器2zと信号処理器1140により与え
られる正常なしまパターン読出し器から決定される入力
速度を示す。入力角の大きさの関数である(31)式に
示されている誤差項に誤差項x+7か類似し、零速度交
差Cに等しくできる。X(new) = X('1ist) + x
(101)Y(new) 2Y('1ast)
+ y (102) Here, ! -(1/2) (1+D3+D4-DI-02)
(103)y=-R+(1/2)(D2+D3-DI
-04) (104) DI and D3 indicate the magnitude of two consecutive peak clockwise amplitudes, D2. D4 indicates the magnitude of two consecutive peak counterclockwise amplitudes. Their amplitude magnitudes were those detected by rotational amplitude detector 1140 during the previous two dither cycles. R indicates the input velocity determined from the normal stripe pattern reader provided by detector 2z and signal processor 1140. The error term x+7 is similar to the error term shown in equation (31), which is a function of the magnitude of the input angle, and can be equal to the zero velocity crossing C.
(24)式の数学的解析で示したように、その装置は誤
差打消しバイアスを与える。この明細書の初めの方で示
したように、誤差打消しバイアスの付与は、同じ符号の
引き続く零速度交差対に対する光ビームの間の位相角を
プラスマイナスπラジアンだけ異ならせて、2つのディ
ザ−・サイクルにわたって累積されている誤差をほぼ零
にすることより成る1、もちろん、これは、センサの出
力に関連するロックイン誤差をほぼ零にすることを意味
する。センサ装置1100に対する慣性入力回転が々い
とRは零で、ランダムパルスに続< (28)式により
定められるXパルスは、プラスマイナスπラジアンの選
択された値を有する連続する2つの零速度交差の位相角
差を発生する。前記制御計画に従って生ずるディザ−振
幅の動揺は、Xパルスの過去の値に対する系の応答を基
にしている「x」により修正される。一方、センサ11
00 ノ[lE入入目回転存在を含む系の動揺は、(2
8)式により定められるXパルスの値により補償される
。As shown in the mathematical analysis of equation (24), the device provides an error cancellation bias. As indicated earlier in this specification, the application of an error cancellation bias is achieved by varying the phase angle between the optical beams for successive zero-velocity crossing pairs of the same sign by plus or minus π radians, so that the two dither 1, which, of course, means that the lock-in error associated with the output of the sensor is reduced to approximately zero. When the inertial input rotation to the sensor device 1100 is large and R is zero, following a random pulse < Generates a phase angle difference. The dither amplitude fluctuations that occur according to the control plan are corrected by "x" which is based on the response of the system to past values of the X pulse. On the other hand, sensor 11
00 ノ[lEThe perturbation of the system including the presence of rotation is (2
8) Compensated by the value of the X pulse determined by the formula.
第12図に示されている装置のバイアス制御信号発生器
のより詳しい実施例を第13図に示す。A more detailed embodiment of the bias control signal generator of the apparatus shown in FIG. 12 is shown in FIG.
バイアス制御信号発生器115oは振幅記憶装置131
0と、ディザ−速度検出器132oと、rX 、j誤差
計算器1325と、ryJ誤差計算器1326と、Xパ
ルス計算器1330と、Xパルス計算器1331と、記
憶装置1340と、同期器135oと、ランダム・パル
ス発生器1360と、デジタル−アナログ(’D/A)
変換器1370と、正弦関数発生器138oと、加算器
1390とで構成されている。この分野では良く知られ
ているように、第13図に示されているプロックの多く
の部分はコンピュータの1つまたは多くの部分と、アナ
ログ回路およびデジタル1路の組合せと、マイクロプロ
セッサとの少くとモ1つで実現できる。The bias control signal generator 115o is connected to the amplitude storage device 131.
0, dither speed detector 132o, rX,j error calculator 1325, ryJ error calculator 1326, X pulse calculator 1330, X pulse calculator 1331, storage device 1340, synchronizer 135o, , random pulse generator 1360, and digital-to-analog ('D/A)
It consists of a converter 1370, a sine function generator 138o, and an adder 1390. As is well known in the art, many parts of the block shown in FIG. This can be achieved with just one step.
回転振幅検出器1140の出力は、支持機構1“101
とべ〜ス1125の間の回転基準軸を中心とする角変位
を示す信号である。この信号は零基準軸すなわち定常状
態基準軸の周囲の大きさと符号を表す。The output of the rotational amplitude detector 1140 is
This is a signal indicating the angular displacement between the base 1125 and the rotation reference axis. This signal represents the magnitude and sign around a zero or steady state reference axis.
この情報は、結合器1135を介して装置1100に結
合されている各種のトランスデユーサにより与えること
ができる。回転振幅検出器1140の出力は振幅記憶装
置1310へ与えられる。このディザ−速度検出器の出
力は同期器1350と振幅記憶装置1310へ与えられ
る。ディザ−速度検出器1320は本質的には振幅検出
器1140に応答する微分回路である。動作時には、デ
ィザ−速度検出器1320は零速度、すなわち、ディザ
−運動の転回点、つまりディザ−回転が向きを変え□る
点の速度を検出する。ディザ−回転の向きが変る瞬時に
、振幅記憶装置は転回時における角変位の値を適切に記
憶し、4つの引き続く値、すなわち、2つのピーク時計
回り振幅値と、2つの逆時計回りピーク振幅値とを記憶
する。それと同時に、ディザ−速度検出器1320の出
力が同期器135oへ与えられて、パルスXとYがディ
ザ−の転回時に同期させられるようにする。更に詳しく
いえば、ピーク振幅の発生と、異なる符号の別のピーク
振幅の引き続く発生との間の中間に与えるものである1
゜振幅記憶装置1310の出力は[x]誤差計算器13
25とryJ誤差計算器1326へ与えられる1゜[y
−1誤差計算器1326は信号処理器1124がら速度
Rを示す信号である速度情報も受ける。IX1誤差計算
器1325と1−y−l誤差計算器1326は式(10
3,)。This information can be provided by various transducers coupled to device 1100 via coupler 1135. The output of rotational amplitude detector 1140 is provided to amplitude storage 1310. The output of this dither speed detector is provided to a synchronizer 1350 and an amplitude store 1310. Dither rate detector 1320 is essentially a differentiator circuit responsive to amplitude detector 1140. In operation, the dither speed detector 1320 detects zero speed, the speed at the turning point of the dither motion, ie, the point at which the dither rotation changes direction. At the instant when the direction of the dither rotation changes, the amplitude storage device appropriately stores the value of the angular displacement at the time of the rotation and stores four successive values, namely two peak clockwise amplitude values and two counterclockwise peak amplitude values. memorize the value. At the same time, the output of dither speed detector 1320 is provided to synchronizer 135o so that pulses X and Y are synchronized at the dither rotations. More specifically, 1 is given intermediately between the occurrence of a peak amplitude and the subsequent occurrence of another peak amplitude of a different sign.
The output of the amplitude storage device 1310 is [x] error calculator 13
25 and 1°[y
-1 error calculator 1326 also receives speed information, which is a signal indicating speed R, from signal processor 1124. The IX1 error calculator 1325 and the 1-y-l error calculator 1326 are calculated using the formula (10
3,).
(1Oa)によりほぼ記述されている数学的計算を行う
。1−x」誤差計算器1325の出力はXパルス計算器
1331へ与えられる。このXパルス計算器は(101
)式により記述されている数学的機能を行う。1−yj
誤差計算器1326の出力はXパルス計算器133゜へ
与えられる。とのYパルス計算器id: (102)
式により記述されている数学的機能を行う。Xパルス計
算器1331とXパルス計算器1330の出力は、別の
処理サイクルにおける以後の計算のためのXとY(以後
、X (laat)およびY (last)と呼ぶ)の
値を格納する記憶装置1340にそれぞれ格納される。Perform the mathematical calculation approximately described by (1Oa). 1-x'' error calculator 1325 is provided to an X-pulse calculator 1331. This X pulse calculator is (101
) performs the mathematical function described by the formula. 1-yj
The output of error calculator 1326 is provided to X-pulse calculator 133°. Y pulse calculator id: (102)
Perform the mathematical function described by the formula. The outputs of the X-pulse calculator 1331 and the X-pulse calculator 1330 provide storage for storing the values of X and Y (hereinafter referred to as Each is stored in the device 1340.
同期器1350へはXパルス計算と、Xパルス計算と、
ランダムパルス発生器1360により供給されるランダ
ムパルス値とを表す入力が与えられる。To the synchronizer 1350, the X pulse calculation,
An input representing a random pulse value provided by a random pulse generator 1360 is provided.
同期器1350は、Xパルス計算器1331と、Xパル
ス計算器1331と、ランダムパルス発生器136゜と
により決定された値をデジタル−アナログ変換器137
0へ同期して与え、そのデジタル−アナログ変換器13
TOの出力をバイアス制御信号の成分として回転振動機
構1130へ加算器1390を介して与えられる。加算
器1390はデジタル−アナログ変換器1370から与
えられるパルスを正弦関数発生器1380により与えら
れる信号に加え合わせて、支持機構1101をベース1
125に対して、はぼ一定の振幅および第1の振動数で
正弦波状にディザ−させる。その第1の振動数はとのば
ね一振動系のほぼ共振振動数である。。Synchronizer 1350 converts the values determined by X-pulse calculator 1331, X-pulse calculator 1331, and random pulse generator 136 into digital-to-analog converter 137.
0 and its digital-to-analog converter 13
The output of the TO is applied to the rotary vibration mechanism 1130 via an adder 1390 as a component of a bias control signal. Adder 1390 adds the pulses provided by digital-to-analog converter 1370 to the signal provided by sine function generator 1380 to move support mechanism 1101 to base 1.
125, it is dithered sinusoidally with approximately constant amplitude and a first frequency. The first frequency is approximately the resonant frequency of the spring-oscillation system. .
正弦関数発生器1380の出力はセンサ1100を構成
するばね一振動系の振動回転を維持するだめの、バイア
ス制御信号の一部である、正弦波駆動信号を表すことに
注意されたい□。プロツタ1380はそのような運動を
起させる種々の装置で構成できる。とくに、そのような
振動を維持するために、回転振幅検出器の出力を増幅お
よび移相するようにその回転振幅検出器の出力を閉ルー
プ帰還制御装置を介してとり出すことは良く知られてい
る。Note that the output of the sinusoidal function generator 1380 represents a sinusoidal drive signal that is part of the bias control signal to maintain the oscillatory rotation of the spring-oscillator system that makes up the sensor 1100. The plotter 1380 can be comprised of a variety of devices for causing such motion. In particular, in order to maintain such oscillations, it is well known to take the output of a rotational amplitude detector through a closed-loop feedback controller so as to amplify and phase shift the output of the rotational amplitude detector. .
次に、第12.13図に示されている装置により与えら
れる閉ループ誤差打消しバイアスの動作を説明する。第
9図にほぼ示されているパルス列による2つのディザ−
サイクルの動作を説明する。The operation of the closed loop error cancellation bias provided by the apparatus shown in Figure 12.13 will now be described. Two dithers with a pulse train approximately shown in Figure 9.
Explain how the cycle works.
2つのディザ−サイクルにおける第1のパルスはランダ
ムであり、装置は時に動作している。同期器は、ランダ
ムパルス発生器1360により与えられた値を、レーザ
・ジャイロ装置1100をディザ−させる、すなわち、
振動させる正弦波信号と組合せて、点1において与える
ことができるようにする。The first pulse in the two dither cycles is random and the device is running at times. The synchronizer causes the laser gyro device 1100 to dither with the value provided by the random pulse generator 1360, i.e.
In combination with an oscillating sinusoidal signal, it can be applied at point 1.
点2において「十Yパルス」を与える前は、振幅記憶装
置はDlとD2により表される以前の2つのピーク時計
回りディザ−振幅の情報と、D2とD4により表される
以前の2つのピーク逆時計回りディザ−振幅の情報を含
む。それらの振幅の値は、ディザ−速度検出器が以前の
2つのディザ−サイクルにおける転回点(ディザ−速度
−〇)を決定した時に決定されたものである。1−X1
誤差計算器はそれの計算を行うことができ、同様に、l
−y−1誤差計算器は速度情報の値の計算を行うことが
できる。次に、Yパルス計算器1330けYの以前に加
えられた大きさ、Y (list)の値を加え合わせる
。そのY (list)は前の2つのディザ−サイクル
の間にy誤差計算の値に加え合わされたものである。こ
のパルスの大きさは、第9図に示されている逆極性のも
のを除き、点2,4において加えられる。Before applying the "10Y pulse" at point 2, the amplitude memory stores the information of the previous two peak clockwise dither amplitudes represented by Dl and D2 and the previous two peaks represented by D2 and D4. Contains counterclockwise dither amplitude information. Their amplitude values were determined when the dither rate detector determined the turning point (dither rate -0) in the previous two dither cycles. 1-X1
An error calculator can perform that calculation, similarly, l
-y-1 error calculator can perform calculations of velocity information values. Next, the Y pulse calculator 1330 adds together the previously added magnitude of Y, the value of Y (list). The Y(list) is the value added to the y error calculation during the previous two dither cycles. This pulse magnitude is applied at points 2 and 4, except for the opposite polarity shown in FIG.
同様のやり方で、Xパルス計算器1331は次のXパル
スの値を計算して、その結果を、前の2つのディザ−サ
イクルにおいて得られてX (ta8t)に貯えられて
いる、点3において与えられたXの以前の値を基にして
、X誤差計算により決定された値に加え合わせる。Yパ
ルス計算器1330とXパルス計算器1331とにより
決定された値はそれから記憶装置71340に格納され
(Y(1ast)、 X (list’、)によりそれ
ぞれ示されている)、以後の2つのディザ−サイクルに
おけるパルスの次の決定に備える13この過程はそれ自
体で連続してくり返えされる。In a similar manner, the X-pulse calculator 1331 calculates the value of the next X-pulse and returns the result at point 3, obtained in the previous two dither cycles and stored in Based on the previous value of X given, add it to the value determined by the X error calculation. The values determined by Y pulse calculator 1330 and X pulse calculator 1331 are then stored in storage 71340 (denoted by Y(1ast) and - prepare for the next determination of the pulse in the cycle 13 This process repeats itself continuously.
第13図には示されてい表いが、第13図に示されてい
る複数の計算ブロフクと格納ブロックからの情報の転送
を制御する周知の中央処理ブロフクが設けられる。Although not shown in FIG. 13, a well-known central processing block is provided which controls the transfer of information from the plurality of calculation blocks and storage blocks shown in FIG.
同期器1350はディザ−速度検出器1320からディ
ザ−運動の転回時を示す入力を受ける。同期器1350
の一例は、適切なパルスXまたはYAりるいはランダム
パルス発生器が加えるべき転1回点の後の時間を決定す
るように、引き続く転回時の間の時間、すなわち、時計
回りのピーク振幅すなわち転回点と逆時計回りのピーク
振幅すなわち転回点との間の時間を記録する同期器であ
る。符号関数発生器は、ディザ−速度検出器により供給
される入力の代りに、同期器1350を介して入力を同
期するための手段として等しく用いることができること
に注意されたい。この場合には、正弦関数発生器138
0からの零出力は、パルスを与えるべき時のひき起され
るピーク回転振幅の間の時点を示す。もちろん、それら
のパルスを転回時刻に同期させる多くの可能性がある。Synchronizer 1350 receives input from dither speed detector 1320 indicating when the dither motion turns. Synchronizer 1350
One example is the time between successive turns, i.e. the clockwise peak amplitude or turn point, so that the appropriate pulse X or YA pulse generator or random pulse generator determines the time after the turn point to apply. and the counterclockwise peak amplitude or turning point. Note that the sign function generator can equally be used as a means to synchronize the input via synchronizer 1350 in place of the input provided by the dither speed detector. In this case, the sine function generator 138
Zero output from 0 indicates the point in time during which the peak rotational amplitude is induced when a pulse should be applied. Of course, there are many possibilities to synchronize those pulses to the turn times.
ある状況においては、パルスX、Yとランダムパルスと
を与える時刻を、第9図に示きれているような転回時刻
の間の中間の時刻とはずらすことが望ましいこともある
。そうすると、装置全体における損失と時間遅れとを補
償できるという利点がある。In some situations, it may be desirable to offset the times at which pulses X, Y and the random pulses are applied to a time midway between the turn times as shown in FIG. This has the advantage that losses and time delays in the entire device can be compensated for.
第12.13図に示されている実施例は、同じ符号の引
き続く零速度交差を所定の値だけ異ならせて、2本の光
ビームの間の瞬時位相角を直接に測定することなしに、
2つのディザ−サイクルの間の累積された全誤差をほぼ
零にするために、光ビームの位相角を制御するために閉
ループ誤差打消しバイアス装置をどのようにして構成で
きるかを示すものである。すなわち、第12図に示す装
置は、はとんどのリング・レーザ・ジャイロにおいて通
常得ることができる速度情報を、ディザ−機構によりひ
き起される回転振動についての情報に組合わせることが
できる。もちろん、2サイクルより多い1群のディザ−
サイクルの零速度交差の引き続く値を、選択された1群
のサイクルにわたって累積された全誤差をほぼ零とする
ように、変えるように、本発明の誤差打消しバイアス装
装置を変更することが可能である。もちろん、この装置
は所期の結果を得るために適切なバイアスを与えるため
の種々の制御信号を必要とする。図示のパルス装置にお
いては、種々の数のパルスをもちろん必要とする。The embodiment shown in Figure 12.13 allows subsequent zero velocity crossings of the same sign to differ by a predetermined value so that the instantaneous phase angle between the two light beams is not directly measured.
Figure 2 shows how a closed loop error cancellation biasing device can be constructed to control the phase angle of a light beam so that the total error accumulated between two dither cycles is approximately zero. . That is, the apparatus shown in FIG. 12 can combine velocity information normally available in most ring laser gyros with information about the rotational vibrations caused by the dither mechanism. Of course, one group of dithers with more than two cycles
It is possible to modify the error cancellation bias system of the present invention to vary the successive values of the zero speed crossing of a cycle such that the total error accumulated over a selected group of cycles is approximately zero. It is. Of course, this device requires various control signals to provide the appropriate bias to achieve the desired results. In the illustrated pulse device, different numbers of pulses are of course required.
本発明の誤差打消しバイアス装置は、ジャイロにおける
ロンフィン誤差を小さくするために通常与えられるバイ
アスに組合わされる、リング・レーザ閉ループ路に沿っ
て進む波の間の位相角を制御するものである。位相角制
御は、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに他のや
り方で行うこともできる。The error cancellation bias system of the present invention controls the phase angle between the waves traveling along the ring laser closed loop path in combination with the bias normally applied to reduce long-fin errors in the gyro. Phase angle control may also be performed in other ways without departing from the scope of the invention.
第1図は従来のリング・レーザ角速度センサの線図、第
1a図は第1図のセンサで用いられる位相角検出器の一
例の線図、第2図はディザ−されるセンナのディザ−角
と時間の関係を示すグラフ、第3図は本発明の一実施例
のブロック図、第4図は本発明の原理を示すグラフ、第
5図は本発明の別の実施例のグラフ、第5a図は本発明
の他の実施例のグラフ表示、第6図は本発明の別の実施
例のブロック図、第7図はディザ−角対時間プラス慣性
入力運動のグラフ、第8図は本発明の原理を用いる閉ル
ープ帰還バイアス装置のブロック図、第9図は同期バイ
アス制御信号パルスおよびディザ−運動のグラフ、第1
0図は第8図に示す装置の詳しいブロック図、第10a
図は窓比較器の詳細図、第11図は第1図に示すような
種類のセンサに固有のロンフィン誤差のグラフ、第12
図は本発明による閉ループ帰還バイアス装置の他の実施
例を示すブロック図、第13図は第12図のバイアス制
御信号発生器の詳細を示す図である30・・・・バイア
ス装置、32 、532.632,832・・・・バイ
アス制御信号発生器、34.35・・・・信号発生器、
537・・・・パルス発生a、634・・・・ランダム
振幅発生器、800・・・・位相角検出器、802・・
・・位相角速度検出器、804・・・・サンプル・ホー
ルド回路、875・・・・信号処理器、841 、84
3・・・・窓比較器。
特許出願人 ハネウェル・インコーボレーテンド復代
理人 山川政樹(eジ・1名)
F”tcp、5
Fto、6
Ficy−9
Fta、fjFig. 1 is a diagram of a conventional ring laser angular velocity sensor, Fig. 1a is a diagram of an example of a phase angle detector used in the sensor of Fig. 1, and Fig. 2 is a diagram of a dithered senna dither angle. FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention; FIG. 4 is a graph illustrating the principle of the present invention; FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of the invention; FIG. 7 is a graph of dither angle versus time plus inertial input motion; FIG. 8 is a graph of the invention. A block diagram of a closed loop feedback bias device using the principle of FIG. 9 is a graph of the synchronous bias control signal pulse and dither movement,
Figure 0 is a detailed block diagram of the device shown in Figure 8, Figure 10a.
Figure 11 is a detailed diagram of the window comparator, Figure 11 is a graph of the Ronfin error inherent in the type of sensor shown in Figure 1, Figure 12 is
13 is a block diagram showing another embodiment of the closed loop feedback bias device according to the present invention, and FIG. 13 is a diagram showing details of the bias control signal generator of FIG. 12. 30...Bias device, 32, 532 .632,832...bias control signal generator, 34.35...signal generator,
537... Pulse generation a, 634... Random amplitude generator, 800... Phase angle detector, 802...
...Phase angular velocity detector, 804...Sample/hold circuit, 875...Signal processor, 841, 84
3...Window comparator. Patent applicant: Honeywell Inc. Sub-Agent: Masaki Yamakawa (e.g., 1 person) F”tcp, 5 Fto, 6 Ficy-9 Fta, fj
Claims (1)
むような角速度センサであって、前記各波の振動数は前
記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間には
前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位相関
係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角に関
連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含む第
1のセンサ信号を発生する前記角速度センサにおいて、
前記波の間の前記位相関係の位相Wが、d (/’/d
tの選択された値が生ずる時刻が選択されて起きた時
に、第1の値と第2の値を交互にとることにより、前記
第1のセンサ信号中のロックイン誤差を十分に小さくす
るように、少くとも1つの前記波を変えることができる
バイアス装置を備えることを特徴とする角速度センサ。 (2)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝
播するような角速度センサであって、前記各波の振動数
は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間
には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位
相関係が存在し、前記センサはそのセンサの餐の回転角
に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含
む第1のセンサ信号を発生する前記角速度センサにおい
て、前記波の間の振動数差の符号を周期的に交番させる
ようなやり方で、前記各波の振動数と、それらの波の間
の前記対応する位相関係とを変えるように、制御信号に
応答して、前記閉ループ路を固定基準軸に対して回転振
動させることができるバイアス装置と、前記第1のセン
サ信号中の前記ロックイン誤差を小さくする所定の関係
を有するdF/dtの選択された値が生ずる時刻が選択
されて起きた時の選択された位相値を、前記波の間の前
記位相関係の前記位相Wがとるように、前記バイアスを
指図する前記バイアス制御信号を発生するバイアス制御
信号発生器と、を備え、前記パ3アス制御信号は、(1
)はぼ第1の振動数で前記回転振動を起させることと、
(ii)dvrya tの選択された値が生ずるほぼそ
の時に前記波の間の前記位相関係の位相鯉を変えるよう
に、前記固定基準軸を中心とするAl1記回転振動の時
計回りのピーク振幅値と、逆時計回りのピーク振幅値を
制御すること、ができることを特徴とする角速度センサ
。 (3)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝
播するような角速度センサであって、前記も波の振動数
は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間
には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位
相関係が存在し、前記セ/すはそのセンサの真の回転角
に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含
む第1のセンサ信号を発生する前記角速度センサにおい
て、前記波の間の振動数差の符号を周期的に交番させる
ようなやり方で、前記6波の振動数と、それらの波の間
の前記対応する位相関係とを変えるように、制御信号に
応答して、前記閉ループ路を固定基準軸に対して回転振
動させることができるバイアス装置と、前記波の間の前
記位相関係の前記位相ψが、dlJ:/dtが零で、d
lF/dtの値が同じ極性を有するよう々時刻の連続す
る発生の群が連続して生ずる場合における選択された位
相値をとるように、前記バイアス装置を指図する前記バ
イアス制御信号を発生するバイアス制御信号発生器と、
を備え、前記バイアス制御信号は、(1)はぼ第1の振
動数で前記回転振動を起させることと、(iD dv、
ya tの選択された値が生ずるほぼその時に前記波の
間の前記位相関係の位相鯉を変えるように、前記固定基
準軸を中心とする前記回転振動の時計回りのピーク振幅
値と、逆時計回りのピーク振幅値を制御することができ
、各群の前記選択された位相値は繭記第1のセンサ信号
中のロックイン誤差を小さくする所定の位相関係を有す
ることを特徴とする角速度センサ。 (4)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝
播するような角速度センサであって、前記6波の振動数
は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間
には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位
相関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角
に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含
む第1のセンサ信号を発生する前記角速度センサにおい
て、前記波の間の振動数差の符号を周期的に交番させる
ようなやり方で、前記6波の振動数と、それらの波の間
の前記対応する位相関係とを変えるように、制御信号に
応答して、前記閉ループ路を固定基準軸に対して回転振
動させることができるバイアス装置と、(1)前記回転
振動の連続するピーク時計回り振幅の連続する群の連続
するピーク時計回り振幅か選択された振幅値をとり、(
11)前記第1のセンサ信号中の前記ロックイン誤差が
小さくされるように、連続するピーク逆時計回シ振幅の
連続する群の連続するピーク逆時計回り振幅が選択され
た振幅値をとるように、前記バイアス装置を指図する前
記バイアス制御信号を発生するバイアス制御信号発生器
と、を備え、前記バイアス制御信号は、(1)はぼ第1
の振動数で前記回転振動を起させることと、0i)dF
/atの選択された値が生ずるほぼその時に前記波の間
の前記位相関係の位相Wを変えるように、前記固定基準
軸を中心とする前記回転振動の時計回りのピーク振幅値
と、逆時計回りのピーク振幅値を制御すること、ができ
、前記各ピーク振幅は、それに関連する、前記位相関係
の対応する瞬時値を有することを特徴とする角速度セン
サ。 (5)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って進
行するような改良された角速度センサであって、前記6
波の振動数は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、
前記波の間には前記閉ループ路の回転速度の関数である
対応する位相関係が存在し、前記センサはそのセンサの
真の回転角に関連するが、そのセンサに固有のロックイ
ン誤差を含む第1のセンサ信号を発生する改良された前
記角速度センサにおいて、バイアス制御信号に応答して
少くとも1つの前記波の振動数と、前記波の間の前記対
応する位相関係とを変えるバイアス装置と、前記バイア
ス制御信号を発生するバイアス制御信号発生器と、を備
え、前記バイアス制御信号は、前記波の間の前記位相関
係の位相γが、dW/dtの値が零で、dF/dtの対
応する値が同じ極性である時に、少くとも第1の値と第
2の値を交互にとるように、前記バイアス装置を制御で
き、前記バイアス制御信号発生器は、前記波の間の振動
数の差が第1の振動数における選択された値だけ周期的
に変るように、前記バイアス制御信号の第1の信号成分
を与えて、少くとも1つの前記波の前記振動数を周期的
に変える第1の要素と、前記波の間の振動数の差が第2
の振動数における選択された値だけ周期的に変るように
、前記バイアス制御信号の第2の信号成分を与えて、少
くとも1つの前記波の前記振動数を周期的に変える第2
の要素と、を備え、d(/’/dtが零である時刻が選
択的に起きた時に前記位相が少くとも第1の値と第2の
値をとるように、前記バイアス制御信号の前記第1の信
号成分と前記第2の信号成分は前記位相に影響を及ぼす
選択された大きさを有することを特徴とする改良された
角速度センサ。 (6)閉ループ路の周囲を互いに逆向きにほぼ進む2つ
のflぼ単一振動数の電磁放射を支持する支持要素と、
前記波に応答して前記閉ループ路の真の回転角に関連す
るセンサ信号を与える要素と、前記波に応答して、それ
らの波の間の前記位相関係の瞬時位相Wに関連する少く
とも1つの出力信号を発生する位相角検出器と、バイア
ス制御信号に応答して少くとも1つの前記波振動数と、
前記波の間の前記対応する位相関係とを変えるバイアス
装置と、前記位相角検出器の少くとも1つの出力信号に
応答して、dV/dtの前記選択された値が選択されて
生じた時に、前記位相がある選択された関係を満足させ
る選択された値をとるように、前記バイアス装置を指図
する前記バイアス制御信号を発生するバイアス制御信号
発生器とを備え、前記合波の振動数は前記閉ループ路の
回転速度の関数であり、前記閉ループ路の回転速度の関
数でもある対応する位相関係が前記波の間に存在し、前
記バイアス制御信号は、dF/dtの選択された値が生
じた時に前記位相夢が選択された位相i[をとるように
前記バイアス装置を制御できることを特徴とするリング
・レーザ角速度センサ。 (力2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝播
するような角速度センサであって、前記合波の振動数は
前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間に
は前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位相
関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角に
関連するが、そのセンサに固有のロンフィン誤差を含む
第1のセンサ信号を発生する前記角速度センサにおいて
、前記合波の振動数を変えて前記波の間の振動数差の符
号を周期的に交番させるように、前記閉ループ路を固定
基準軸に対して回転振動させることができるバイアス装
置と、前記固定基準軸を中心とする前記センサの回転運
動に応答して、前記固定基準軸を中心とする連続するピ
ーク時計回り振幅と連続するピーク逆時計回り振幅との
値を示す出力信号を発生できる回転振幅検出器と、前記
伝播する波に応答して前記閉ループ路の回転速度を示す
出力信号を発生する速度指示器と、前記位相関係の位相
Wが、dF/dtの選択された値が生ずる時刻が選択さ
れて起きた時に、前記第1のセンサ信号中のロンフィン
誤差小さくされるようにある所定の関係を満足させる選
択された位相値をとるように、前記速度指示器の出力信
号と前記振幅検出器の出力信号に応答して、前記ピーク
時計回り振幅と前記ピーク逆時計回り振幅を指図する前
記バイアス制御信号を発生するバイアス制御信号発生器
と、を備え、前記バイアス装置は、(0はぼ第1の振動
数で前記回転振動を行わせること、(11)前記固定基
準軸を中心とする前記回転振動の前記ピーク時計回り振
幅と前記ピーク逆時計回り振幅を制御することができる
信号を受けるようにされ、前記各ピーク振幅は、それら
に関連する前記位相関係の対応する瞬時位相値を有する
ことを特徴とする角速度センサ。 (8)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝
播するような角速度センサであって、前記合波の振動数
は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間
には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位
相関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角
に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含
む第1のセンサ信号を発生し、前記合波の振動数を変え
て前記波の間の振動数差の符号を周期的に交番させるよ
うに、前記閉ループ路を回転振動させることができるバ
イアス装置が設けられている前記角速度センサにおける
ロックイン誤差を小さくする方法であって、はぼ零であ
るdv//dtがそれぞれ生ずる時に前記位相関係に対
する位相値を測定する過程と、はぼ零であるdF/dt
が選択されて生じた時に、前記位相関係の位相鯉が前記
第1のセンサ信号中の前記ロックイン−差を小さくする
所定の関係を満足させる選択された値をとるように、前
記回転振動の時計回りピーク振幅と逆時計回りピーク振
幅を変える過程と、を備えることを特徴とする角速度セ
ンサにおけるロックイン誤差を小さくする方法、。 (9)2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って伝
播するような角速度センサであって、前記合波の振動数
は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の間
には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する位
相関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転角
に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を含
む第1のセンサ信号を発生し、前記合波の振動数を変乏
−て前記波の間の振動数差の符号を周期的に交番させる
ように、前記閉ループ路を回転振動させることができる
バイアス装置が設けられている前記角速度センサにおけ
るロックイン誤差を小さくする方法であって、前記セン
サの回転速度を測定する過程と、前記回転振動の時計回
りピーク振幅と逆時計回りピーク振幅を測定する過程と
、dVdtがほぼ零である時刻が選択されて生じた時の
選択された値を前記位相関係の位相Wがとるように、前
記センサの前記回転速度と、前記回転振動の時計回りピ
ーク振幅と逆時計回りピーク振幅との選択された過去の
値とに応答して、その後の時計回りピーク振幅値と逆時
計回りピーク振幅値を測定する過程と、を備えることを
特徴とする角速度センサにおけるロックイン誤差を小さ
くする方法、1 (10) 2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿つ
て進行するようなディザ−させられる角速度センサであ
って、前記合波の振動数は前記閉ループ路の回転速度の
関数であり、前記波の間には前記閉ループ路の回転速度
の関数である対応する位相関係が存在し、前記センサけ
そのセンサの真の回転角に関連するが、そのセンサに固
有のロックイン誤差を含む第1のセンサ信号を発生する
ような前記ディザ−させられる角速度センサにおいて、
零であるdF/dtと、同じ極性であるdV/dtが対
となって連続して生ずる時に生ずる位相値が、前記位相
値がπラジアンだけ異なるようなものであるように前記
位相関係の位相を変えることができるバイアス装置を備
えることを特徴とするディザ−させられる角速度センサ
、。 Ql) 2つの波が互いに逆向きに閉ループ路に沿って
進行するような角速度センサであって、前記合波の振動
数は前記閉ループ路の回転速度の関数であり、前記波の
間には前記閉ループ路の回転速度の関数である対応する
位相関係が存在し、前記センサはそのセンサの真の回転
角に関連するが、そのセンサに固有のロックイン誤差を
含む第1のセンサ信号を発生するような前記角速度セン
サにおいて、同じ符号の一対の連続するピーク振幅があ
る選択された差値だけ異なるように、前記センサを基準
軸を中心として回転モードで振動させることができるデ
ィザ−機構を備えることを特徴とする角速度センサ。[Scope of Claims] (1) An angular velocity sensor in which two waves travel in opposite directions along a closed loop path, wherein the frequency of each wave is a function of the rotational speed of the closed loop path, and There is a corresponding phase relationship between the waves that is a function of the rotational speed of the closed-loop path, and the sensor has a first In the angular velocity sensor that generates a sensor signal of
The phase W of the phase relationship between the waves is d (/'/d
The lock-in error in the first sensor signal is made sufficiently small by alternating the first and second values when a selected time occurs at which a selected value of t occurs. An angular velocity sensor, characterized in that it comprises a biasing device capable of altering at least one of said waves. (2) An angular velocity sensor in which two waves propagate in opposite directions along a closed loop path, the frequency of each wave being a function of the rotational speed of the closed loop path, and a distance between the waves. There is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, and the sensor generates a first sensor signal that is related to the rotational angle of the sensor but includes a lock-in error that is specific to the sensor. in the angular velocity sensor, the frequency of each of the waves and the corresponding phase relationship between the waves is varied in such a way that the sign of the frequency difference between the waves is periodically alternated. a biasing device capable of rotationally oscillating the closed loop path relative to a fixed reference axis in response to a control signal; and a dF having a predetermined relationship that reduces the lock-in error in the first sensor signal. said bias control directing said bias such that said phase W of said phase relationship between said waves takes a selected phase value at a time selected to occur at which a selected value of /dt occurs; a bias control signal generator that generates a signal, wherein the bias control signal is (1
) causing the rotational vibration at a first frequency;
(ii) the clockwise peak amplitude value of the rotational oscillation about the fixed reference axis so as to change the phase of the phase relationship between the waves at approximately the time when a selected value of dvrya t occurs; An angular velocity sensor characterized by being capable of controlling a counterclockwise peak amplitude value. (3) An angular velocity sensor in which two waves propagate in opposite directions along a closed loop path, wherein the frequency of the waves is a function of the rotation speed of the closed loop path, and the frequency between the waves is a function of the rotational speed of the closed loop path; a first sensor signal, wherein there is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, the first sensor signal being related to the true rotation angle of the sensor, but including a lock-in error inherent to the sensor; The frequencies of the six waves and the corresponding phase relationships between them are determined in the angular velocity sensor that generates a a biasing device capable of rotationally oscillating the closed loop path relative to a fixed reference axis in response to a control signal such that the phase ψ of the phase relationship between the waves is such that dlJ:/dt At zero, d
a bias for generating said bias control signal which directs said biasing device to assume a selected phase value in the case of successive groups of successive occurrences of time such that the values of lF/dt have the same polarity; a control signal generator;
The bias control signal includes (1) causing the rotational vibration at approximately a first frequency, and (iD dv,
peak amplitude values of said rotational oscillations clockwise about said fixed reference axis and counterclockwise so as to change the phase of said phase relationship between said waves approximately when a selected value of yat occurs. angular velocity sensor, wherein the selected phase value of each group has a predetermined phase relationship that reduces the lock-in error in the first sensor signal. . (4) An angular velocity sensor in which two waves propagate in opposite directions along a closed loop path, the frequencies of the six waves being a function of the rotational speed of the closed loop path, and between the waves There is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, and the sensor generates a first sensor signal that is related to the true rotation angle of the sensor but includes a lock-in error that is specific to the sensor. in the angular velocity sensor, the frequencies of the six waves and the corresponding phase relationships between the waves are varied in such a way that the sign of the frequency difference between the waves is periodically alternated. a biasing device capable of rotationally oscillating the closed loop path relative to a fixed reference axis in response to a control signal; Take the clockwise amplitude or the selected amplitude value and (
11) successive peak counterclockwise amplitudes of successive groups of successive peak counterclockwise amplitudes take on selected amplitude values such that said lock-in error in said first sensor signal is reduced; a bias control signal generator that generates the bias control signal that directs the bias device, the bias control signal comprising: (1) approximately the first bias control signal;
causing the rotational vibration at a frequency of 0i) dF
the peak amplitude value of said rotational oscillations clockwise about said fixed reference axis and counterclockwise so as to change the phase W of said phase relationship between said waves approximately at the time when a selected value of /at occurs; angular velocity sensor, wherein each peak amplitude has a corresponding instantaneous value of the phase relationship associated therewith. (5) An improved angular velocity sensor in which two waves travel in opposite directions along a closed loop path, comprising:
the frequency of the wave is a function of the rotational speed of the closed loop path;
There is a corresponding phase relationship between the waves that is a function of the rotation speed of the closed-loop path, and the sensor has a phase relationship that is related to the true rotation angle of the sensor, but which includes a lock-in error inherent in the sensor. the improved angular rate sensor that generates one sensor signal; a biasing device that changes the frequency of at least one of the waves and the corresponding phase relationship between the waves in response to a bias control signal; a bias control signal generator for generating the bias control signal, wherein the bias control signal is such that the phase γ of the phase relationship between the waves has a value of dW/dt of zero and a correspondence of dF/dt. The biasing device can be controlled to alternate between at least a first value and a second value when the values to be applied are of the same polarity, and the bias control signal generator is configured to control providing a first signal component of the bias control signal to periodically vary the frequency of at least one of the waves such that the difference varies periodically by a selected value at the first frequency; The difference in frequency between the first element and the wave is the second
a second signal component of the bias control signal that periodically varies the frequency of at least one of the waves by a selected value in the frequency of the wave;
and an element of the bias control signal such that the phase takes at least a first value and a second value when a time when d(/'/dt is zero selectively occurs). An improved angular velocity sensor characterized in that the first signal component and the second signal component have selected magnitudes that affect the phase. a support element supporting two forward single frequency electromagnetic radiation;
an element responsive to said waves for providing a sensor signal related to the true angle of rotation of said closed loop path; and at least one element responsive to said waves related to the instantaneous phase W of said phase relationship between said waves. a phase angle detector that generates one output signal; and at least one of the wave frequencies in response to a bias control signal;
a biasing device that alters the corresponding phase relationship between the waves and when the selected value of dV/dt is selected in response to at least one output signal of the phase angle detector; , a bias control signal generator that generates the bias control signal that directs the bias device so that the phase takes a selected value that satisfies a selected relationship, and the frequency of the combined wave is a corresponding phase relationship exists between the waves that is a function of the rotational speed of the closed-loop path, and a corresponding phase relationship exists between the waves that is a function of the rotational speed of the closed-loop path; A ring laser angular velocity sensor characterized in that the biasing device can be controlled such that the phase dream takes a selected phase i when (An angular velocity sensor in which two waves propagate in opposite directions along a closed loop path, the frequency of the combined wave is a function of the rotational speed of the closed loop path, and there is a There is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, and the sensor generates a first sensor signal that is related to the true rotation angle of the sensor, but that includes a Ronfin error that is specific to the sensor. In the angular velocity sensor, a bias device capable of rotationally vibrating the closed loop path with respect to a fixed reference axis so as to change the frequency of the combined waves and periodically alternate the sign of the frequency difference between the waves. and an output signal indicative of successive peak clockwise amplitudes and successive peak counterclockwise amplitudes about the fixed reference axis in response to rotational movement of the sensor about the fixed reference axis. a rotational amplitude detector capable of generating a rotational amplitude detector; a speed indicator responsive to the propagating wave to generate an output signal indicative of the rotational speed of the closed loop path; The output signal of the speed indicator is configured to take a selected phase value that satisfies a certain predetermined relationship such that the Ronfin error in the first sensor signal is reduced when the time at which the speed indicator occurs is selected. and a bias control signal generator responsive to the output signal of the amplitude detector to generate the bias control signal directing the peak clockwise amplitude and the peak counterclockwise amplitude, the bias device comprising: (11) controlling the peak clockwise amplitude and the peak counterclockwise amplitude of the rotational vibration about the fixed reference axis; angular velocity sensor, wherein each peak amplitude has a corresponding instantaneous phase value of the phase relationship associated with them. such that the frequency of the combined wave is a function of the rotational speed of the closed-loop path, and there is a corresponding phase between the waves that is a function of the rotational speed of the closed-loop path. a relationship exists, the sensor generates a first sensor signal related to the true rotation angle of the sensor, but including a lock-in error inherent in the sensor, and the frequency of the combined wave is varied to A method for reducing a lock-in error in the angular velocity sensor, the method comprising: a bias device capable of rotationally vibrating the closed loop path so as to periodically alternate the sign of a frequency difference between the angular velocity sensors; a step of measuring the phase value for the phase relationship when dv//dt which is approximately zero occurs, and dF/dt which is approximately zero;
of the rotational oscillation such that when selected and generated, the phase of the phase relationship takes on a selected value that satisfies a predetermined relationship that reduces the lock-in difference in the first sensor signal. A method for reducing a lock-in error in an angular velocity sensor, comprising: changing a clockwise peak amplitude and a counterclockwise peak amplitude. (9) An angular velocity sensor in which two waves propagate in opposite directions along a closed loop path, wherein the frequency of the combined wave is a function of the rotational speed of the closed loop path, and there is a distance between the waves. There is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, and the sensor generates a first sensor signal that is related to the true rotation angle of the sensor but includes a lock-in error that is specific to the sensor. and a bias device capable of rotationally oscillating the closed loop path so as to vary the frequency of the combined waves and periodically alternating the sign of the frequency difference between the waves. A method for reducing lock-in error in an angular velocity sensor, the method comprising: measuring the rotational speed of the sensor; measuring clockwise peak amplitude and counterclockwise peak amplitude of the rotational vibration; the rotational speed of the sensor and the clockwise peak amplitude and counterclockwise peak amplitude of the rotational vibration so that the phase W of the phase relationship takes the selected value when a certain time is selected and occurs. a method for reducing lock-in error in an angular velocity sensor, comprising: measuring subsequent clockwise peak amplitude values and counterclockwise peak amplitude values in response to the selected past values; 1 (10) A dithered angular velocity sensor in which two waves travel in opposite directions along a closed loop path, the frequency of the combined wave being a function of the rotational speed of the closed loop path, and the frequency of the combined wave being a function of the rotation speed of the closed loop path; There is a corresponding phase relationship between the waves that is a function of the rotation speed of the closed-loop path, and a first phase relationship that is related to the true rotation angle of the sensor, but includes a lock-in error inherent to that sensor. The dithered angular velocity sensor generates a sensor signal of
The phase of the phase relationship is such that the phase values that occur when a pair of dF/dt, which is zero, and dV/dt, which has the same polarity, occur consecutively are such that the phase values differ by π radians. A dithered angular velocity sensor, characterized in that it comprises a biasing device capable of varying the dithered angular velocity sensor. Ql) An angular velocity sensor in which two waves travel in opposite directions along a closed loop path, the frequency of the combined wave being a function of the rotational speed of the closed loop path, and between the waves there is There is a corresponding phase relationship that is a function of the rotational speed of the closed loop path, and the sensor generates a first sensor signal that is related to the true rotation angle of the sensor, but that includes a lock-in error that is specific to the sensor. The angular velocity sensor is provided with a dither mechanism capable of vibrating the sensor in a rotational mode about a reference axis such that a pair of consecutive peak amplitudes of the same sign differ by a selected difference value. An angular velocity sensor featuring:
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/339,357 US4695160A (en) | 1981-07-06 | 1982-01-15 | Error cancelling bias system |
US339357 | 1982-01-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58124285A true JPS58124285A (en) | 1983-07-23 |
JPH024149B2 JPH024149B2 (en) | 1990-01-26 |
Family
ID=23328644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP58004054A Granted JPS58124285A (en) | 1982-01-15 | 1983-01-13 | Angular velocity sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58124285A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60101982A (en) * | 1983-10-11 | 1985-06-06 | ブリテイツシユ・エアロスペイス・パブリツク・リミテツド・カンパニー | Ring laser gyroscope |
JPS63194380A (en) * | 1987-01-30 | 1988-08-11 | リットン・システムズ・インコーポレーテッド | Method and system for reducing random walk error of ring laser gyroscope |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR930007959B1 (en) * | 1990-12-19 | 1993-08-25 | 주식회사 금성사 | Noise reduction device and method of air conditioner |
JPH07334172A (en) * | 1994-06-07 | 1995-12-22 | Daidan Kk | Speaker device for noise reduction of active noise control system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5037517A (en) * | 1973-08-01 | 1975-04-08 |
-
1983
- 1983-01-13 JP JP58004054A patent/JPS58124285A/en active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH024149B2 (en) | 1990-01-26 |
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